PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 马小刚 学号

1410084 二级学科 机械设计及理论 导师姓名 陈良玉 论文题目 高炉中下部结构烘炉开炉热力耦合特性模拟优化研究 论文研究方向 工程建模与数字化设计 论文关键词 高炉;

不定型耐火材料;

干砌砖衬;

异型管铜冷却壁;

烘炉制度;

优化设计 论文摘要(中文) 随着炼铁水平的不断提高,高炉长寿成为炼铁工作者和研究者普遍关心的问题,也是钢铁企业高 效低耗的重要保证.

高炉中下部结构主要包括受煤气气流和炉料等直接冲刷作用的炉腹和炉腰等高热 负荷区域以及与液态铁水直接接触的炉缸和炉底区域,该区域炉衬的侵蚀具有不可避免性,并随高炉 服役时间的增长而越加严重.工程实践表明,高炉中下部炉衬的寿命和安全性是高炉一代炉役的主要 限制环节.实现如何以安全性、生产成本为前提,保证一定冶炼强度和生产率的条件下延长高炉使用 寿命、实现科学停炉是关系安全和生产成本的一项重大课题.高炉长寿的基础主要取决于合适的耐火 材料选择,合理的炉衬砌筑形式和尺寸参数,高效的炉衬冷却设备以及科学规范的烘炉制度.本文主 要从以上几个方面开展研究,在模拟分析高炉中下部炉衬烘炉开炉条件下热力耦合特性规律的同时, 对实现高炉长寿运行的基础长寿技术进行优化分析,本文主要的研究内容如下: (1)优质的耐火材料是合理炉衬砌筑结构的基础,因此,合理、准确、真实的评价高炉用耐火材 料热物性及力学性能变化规律不仅对耐火材料的制备有指导意义,更为其在高炉服役过程中的可靠稳 定运行提供保证.基于目前资料中高炉用不定型耐火材料各项性能参数缺乏的现状,文中利用专业仪 器对与炉衬结构热力耦合计算密切相关的不定型耐火材料热物性及力学特性进行多因素规律性联系实 验,并通过三轴变围压循环实验对未固化状态的炭素捣打料力学特性进行全面描述,既可为新建或大 修高炉选用优质耐火材料又可为耦合特性模拟计算提供符合实际状态的参数. (2)在选用优质耐火材料的前提下,合理的炉缸炉底砌筑结构形式及尺寸参数成为决定其寿命的 主要因素.本文首先针对目前仍存在很大争议的高炉炉缸砌筑结构选用大块炭砖还是小块炭砖的问题, 以高炉烘炉状态下炉缸捣打填料层能否达到最佳固化温度及开炉状态下砖衬热面形成稳定渣铁保护层 的难易程度为指标,对高炉炉缸不同砌筑结构形式进行传热特性分析;

其次,对近年来在国内外已有 实际应用的大块炭砖湿砌形式和干砌形式砖衬炉缸结构进行热力耦合特性分析,得出两种砖衬炉缸砌 筑结构各自的特点;

最后,对高炉中心部位无测温点条件下炭砖剩余厚度计算方法进行完善,并在此 基础上讨论了上置式水管冷却和下置式水管冷却炉底结构在传热特性方面的优劣. (3)在炉腹和炉腰等高热负荷区域,冷却壁的安全稳定工作是高炉长寿运行的基础.本文首先对 目前高炉炉腹中普遍采用的圆管铜冷却壁进行传热特性分析,得出各参数变化对其传热特性分布规律 的影响;

其次,对近年来已出现的炉腹区异型管(椭圆型、矩型、双圆型、三圆型及正六边型)铜冷 却壁结构传热模型进行参数化建模,基于铜冷却壁传热特性对冷却水管进行管型最优选择;