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"铁口铸铁冷却壁热态性能研究" 这篇研究论文主要关注的是铁口铸铁冷却壁在高温环境下的性能分析。铁口是高炉的重要组成部分,它用于排出炼铁过程中的熔融铁水。冷却壁的设计和性能直接影响高炉的运行效率和寿命。在高炉操作中,冷却壁的作用是吸收并散发内部产生的大量热量,以防止炉壁过热和损坏。 论文中,研究人员使用了ABAQUS这一专业有限元分析软件来模拟和计算新设计的铁口铸铁冷却壁的温度场、应力分布以及热变形情况。通过数值模拟,他们发现,在高炉启动初期,冷却壁热面的最高温度约为85℃,表明壁体在设计上具有良好的隔热和冷却效果,变形较小,这有利于保持结构的稳定性。 然而,随着内衬侵蚀厚度的增加,铁口角部的热面温度显著上升,从87.16℃升至234.9℃,同时壁体中部的应力也从130.3MPa增加到294.0MPa,接近甚至超过了铸铁材料的屈服强度。这揭示了冷却壁在铁口角部和中心线附近的冷却效果较弱,容易成为热应变集中的区域。此外,定位销附近的应力水平远超铸铁的屈服强度,这可能会导致定位销处的结构失效,影响冷却壁的稳定性和整体寿命。 这些发现对于改进铁口冷却壁的设计至关重要。设计者需要考虑如何优化冷却壁的结构,特别是在铁口角部和定位销区域,以减少热应力和提高冷却效率。同时,对于内衬侵蚀的预测和管理也是确保冷却壁长期有效工作的关键。通过这样的研究,可以为高炉的运行提供更科学的依据,降低维护成本,提高生产安全性,从而推动钢铁行业的技术进步。
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第 34 卷第 5 期 钢 铁 钒 钛 Vo l . 34 ,No.5
2013 年 10 月 IRON STEEL VANADIUM TITANIUM Oct 2013
铁口铸铁冷却壁热态性能研究
石 琳
1
王志刚
2
(1.内蒙古科技大学数理与生物工程学院 内蒙古包头 014010 2.内蒙古科技大学材料与冶金学院 内蒙古包头
014010)
摘 要:为了满足高炉对长寿冷却壁的需求,采用 ABAQUS 有限元编程,对新设计的铁口铸铁冷却壁进行温度、
应力场的计算。计算结果显示:开炉初期冷却壁热面最高温度 85℃,壁体变形较小;当内衬侵蚀厚度从 50mm 增
加到 1100mm 时,铁口角部热面温度从 87.16℃增加到 234.9℃,壁体中部应力从 130.3MPa 增加到 294.0MPa,接
近铸铁的屈服强度,定位销附近应力大大超过了铸铁的屈服强度。可见,新设计的铁口铸铁冷却壁的冷却薄弱区
在铁口角部和中心线附近,应力集中在定位销附近。该研究为改进铁口冷却壁设计和安装铁口冷却壁提供理论依
据。
关键词:铁口;铸铁冷却壁;温度场;热应力;热变形
中图分类号:TF57 文献标识码:A
The Study of Thermal Properties in a Cast-iron Stave of Taphole
Shi Lin
1
Wang Zhigang
2
(1.School of Mathematics and Physics and Biological Engineering, University of
Science and Technology of Inner Mongolia, Baotou, 014010, Inner Mongolia, China;
2.School of Materials and Metallurgy, University of Science and Technology
of Inner Mongolia, Baotou, 014010, Inner Mongolia, China)
Abstract: In order to meet the demand of longevous cooling stave to the blast furnace, the temperature and stress of the
new designed taphole cast-iron stave were calculated by using the ABAQUS finite element program. The results show that
the maximum temperature of hot surface is 85.22℃ which lead to small deformation at the early time of opening taphole.
When the lining erosion thickness increased from 50mm to 1100mm, the temperature of hot surface at the taphole corner
is increased from 87.16℃ to 234.9℃. In addition, the stress at the middle of stave increased from 130.3MPa to 294.0MPa
which closed to the yield strength of the cast-iron stave, but the stress at position pins greatly exceed the yield strength of
the stave. The results indicated that the weak cooling effect area of the new designed cast-iron stave is near the taphole
corner and center line, besides, the stress concentration near the position pins. This study provides a theoretical basis for
improving the design and installation of the taphole cast-iron stave.
Keywords: taphole; cast-iron stave; temperature distribution; thermal stress; thermal deformation
0 引言
高炉生产实现高效与长寿的统一是炼铁工作者关心的热门课题
[1-2]
,高炉长寿最重要的因素之一就是使
用设计合理的冷却壁
[3]
。冷却壁长期在高温负荷下运行,其壁体内部的热应力导致裂缝产生,随之CO、碱
收稿日期:2013-02-01
基金项目:国家自然基金项目(51064019,61263015),内蒙古教育厅研究基金项目(NJ10104)。
作者简介:石 琳(1964—),女,内蒙古包头人,教授,博士,主要从事高炉炼铁过程的数值模拟研究。
网络出版时间:2013-09-27 11:33
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1245.TF.20130927.1133.006.html
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