混铁车内衬优化后铁水温度变化分析.pdf

收稿日期:基金项目:国家自然科学基金委员会 宝钢集团有限公司钢铁联合研究基金()作者简介:赵 岩()博士 .混铁车内衬优化后铁水温度变化分析赵 岩 雷 洪(东北大学冶金学院 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室)摘 要 通过实测和数值模型计算 研究了混铁车内衬改造前后的铁水温度变化 研究结果表明:在不改变混铁车内衬厚度的情况下 优化混铁车内衬结构对铁水温度有明显影响 实测结果表明:在混铁车铁水量少、铁水初温低及运行时间长的情况下 改造后的混铁车实测铁水终温提高了 铁壳表面温度降低了 数值计算结果表明:在混铁车铁水量、铁水初温及运行时间与改造前混铁车实测相同的情况下 改造后混铁车铁水终温提高了 铁壳表面温度降低了 说明混铁车内衬改造方案保温效果显著关键词混铁车 内衬 数值计算 温度文献标识码:文章编号:()().鱼雷式混铁车是把高炉铁水送到转炉炼钢的装载运输设备 左右的铁水自高炉出铁口流入混铁车 然后运往炼钢厂 在此运输过程中 混铁车内铁水温度不断降低 会大幅增加炼钢能耗 铁水温度低于 将导致炼钢过程不能顺利进行 因此 应采取必要措施减少混铁车内铁水温度降低 减少混铁车内铁水温度降低的措施主要有 增大混铁车容积、混铁车炉口加帽和在混铁车内衬增加保温层三种方式 其中内衬增加保温层是减少混铁车内铁水温降最有效的方法 冶 金 能 源 混铁车内衬温度分布数学模型数学模型是分析问题的一个有效和简捷的方法 能够正确描述实际发生过程 当混铁车内衬结构改造后 其温度分布会发生变化 因此必须考虑在整个运输过程中内衬的温度分布 利用数学模型可以描述整个运输过程中内衬的温度分布情况建立数学模型进行数值计算前 对混铁车运输铁水过程作如下假设:()混铁车内铁水为一点热源()混铁车内铁水热量通过内衬向外传热是一维问题()混铁车受铁过程瞬间完成()混铁车内铁水满罐时 内衬内表面温度与铁水温度相同()倒铁时铁水瞬间倒出混铁车在理想条件下 混铁车内衬传热可简化为一维非稳态、无内热源、无限大平板的致密接触的多层固体导热 控制方程为:()改造前混铁车内衬结构及温度分布数学模型某钢铁公司容量为 的混铁车内衬改造前结构 由外到内依次为 铁壳、重质粘土砖、浇注料、高铝碳化硅砖 如图 所示图 混铁车内衬结构在 处 混铁车通过外壁以辐射、对流的方式向外散热 在 、的层边界处 保持能量守恒(即热流连续)同时保证温度连续 在 处 高铝碳化硅砖内表面温度与铁水温度相等 即:()()()()()()铁水()()()()()()()()()()式中:、分别为内衬第、层的导热系数/()、分别为内衬第、层的密度/、分别为内衬第、层的比热/()对以上微分方程离散及线性方程组求解 编写程序求出混铁车运行参数及铁水温度 改造后混铁车满罐输送过程内衬温度分布数学模型针对该结构导热能力强、绝热性能差、散热损失大、铁水温降快的情况 在不改变内衬总厚度的条件下 对內衬进行改造 采用 厚的保温层和 厚的腊石砖代替 厚的粘土砖 钢板、浇注料与高铝碳化硅砖厚度不变 即由外到内依次为 铁壳、保温层、腊石砖、浇注料、高铝碳化硅砖 如图 所示图 改造后混铁车内衬结构冶 金 能 源 在 处 混铁车通过外壁以辐射、对流的方式向外散热 在 、的层边界处 保持能量守恒(即热流连续)同时保证温度连续 在 处 高铝碳化硅砖内表面温度与铁水温度相等 即:()()()()()()()铁水()()()()()()()()()()()式中:、分别为内衬第、层的导热系数/()、分别为内衬第、层 的 密 度/、分别为内衬第、层的比热/()对以上微分方程离散及线性方程组求解 编写程序求出改造后混铁车运行参数及铁水温度 数学模型计算结果及讨论 数学模型正确性验证数学模型能否正确反映实际运行情况 要对其正确性进行验证 因此 在总装载量为 、初始温度为 、运行时间为 的条件下 对未改造的混铁车进行了测试和数学模拟计算 铁水温度和铁壳温度的实测和数学模型计算结果分别如图 和图 由图可以看出 改造前铁水和铁壳表面的数学模型温降曲线和实测结果基本吻合 最大误差不超过 数值计算结果具有实际参考价值该数学模型可用于混铁车内衬改造后运行结果分析图 实测和模型计算的铁水温度对比图 实测和模型计算的铁壳外表面温度对比 混铁车内衬参数改造前混铁车内衬各层的厚度、导热系数、密度及比热见表 改造后混铁车内衬各层的厚度、导热系数、密度及比热见表 改造前后混铁车运行计算结果及分析改造前后混铁车实测数据的实测值及改造后模拟计算值见表 冶 金 能 源 表 改造前混铁车内衬材料物性内衬材料厚度/导热系数/()密度/()比热/()铁壳 黏土砖 浇注料 砖 表 改造后混铁车内衬材料物性内衬材料厚度/导热系数/()密度/()比热/()铁壳 保温层 蜡石砖 浇注料 砖 表 混铁车运行数据比较参数改造前实测值改造后实测值改造后模拟计算值铁水量/运行时间/铁水初温/铁水总散热量/外表面总散热量/口部总散热量/内衬总蓄热量/铁水终温/铁壳表面温度/对比混铁车改造前后的各项实测数据 铁水量减少 运行时间多 铁水初温低 铁水总散热量减少 外表面总散热量减少 内衬总蓄热量减少 铁水终温提高 铁壳表面温度降低了 说明改造后的混铁车内衬保温效果显著提高利用编写的程序对混铁车内衬进行数值模拟计算 对比改造后模拟计算值与改造前实测值各项数据 在铁水量为 运行时间为 铁水初温为 的条件下 改造后混铁车的铁水总散热量少 外表面总散热量少 内衬总蓄热量减少 铁水终温提高 铁壳表面温度降低了 计算结果表明改造后混铁车各项运行数据都优于改造前的综上 混铁车改造后与改造前相比 各项热量损失都有所减少 铁水终温有较大提高 铁壳表面温度明显降低 因此改造后的混铁车内衬结构优于改造前的 结论()实测结果表明 在混铁车铁水量少、铁水初温低及运行时间长的情况下 改造后的混铁车实测铁水终温提高了 铁壳表面温度降低了 表明混铁车内衬改造方案保温效果显著()数值计算结果表明 在混铁车铁水量、铁水初温及运行时间与改造前混铁车实测相同的情况下 改造后混铁车铁水终温提高 铁壳表面温度降低了 进一步验证混铁车内衬改造效果明显(下转第 页)冶 金 能 源 机夏季发电能力的研究与实践.冶金能源 ():张琦 沈佳林 籍杨梅 典型钢铁制造流程碳排放及碳中和实施路径.钢铁 ():王杰 曾加庆 杨利彬 等 转炉炼钢过程的精细化控制及协同优化.钢铁 ():孙兴伟 李宜霖 杨赫然 等 流体粘度对涡轮流量计计量特 性 影 响 研 究 .仪 器 仪 表 学 报 ():邵家存 严微微 林景殿 等 气体涡轮流量计后导流体结构优化设计.仪器仪表学报 ():万观军 严微微 邵家存 等 气体涡轮流量计结构改进与性 能 优 化 研 究 .传 感 技 术 学 报 ():李旭阳 万观军 严微微 等 气体涡轮流量计结构优化研究.仪器仪表学报 ():郭素娜 宋巍 相诺林 等 基于 仿真的涡轮流量计动态特性.北京航空航天大学学报():潘旭东 赵伟国 章圣意 等 基于高精度时差法的气体超声流量计研究.传感技术学报 ():岳应娟 孙钢 蔡艳平 等 基于 的内燃机振动信号时频分析方法.武汉科技大学学报 ():.():万 雪编辑(上接第 页)参考文献 杜学强 郦秀萍 韩伟刚 等 炼铁 炼钢界面动态运行过程解析与仿真优化.钢铁 ():王新 常金宝 李杰 方坯连铸 轧钢“界面”技术的发展与应用.钢铁 ():周继程 郦秀萍 韩伟刚 等 炼铁 炼钢界面模式与铁水罐多功能化技术.钢铁 ():王海风 郦秀萍 周继程 等 钢铁工业节能技术发展现状及趋势.冶金能源 ():刘道忠 国产混铁车系列产品介绍.铁道车辆 ():吴懋林 张永宏 杨圣发 等 鱼雷罐铁水温降分析.钢铁 ():杜贤武 朱善合 陈超 等 加盖鱼雷罐的铁水温降分析.冶金能源 ():楚化强 冯艳 顾明言 等 鱼雷罐罐体温降与内衬厚度关系特性分析.安徽工业大学学报(自然科学版)():徐维忠主编 耐火材料.北京:冶金工业出版社 李庭寿 冯改山 戴龙大 等编著 钢铁工业用节能降耗耐火材料.北京:冶金工业出版社 刘诗薇 于景坤 颜正国 等 鱼雷罐车热量损失的影响因素及控制方法.材料与冶金学报 ():单佳 楚化强 顾明言 等 混铁车外表面温度与内衬厚度关系的模拟研究.安徽工业大学学报(自然科学版)():.():赵 艳编辑 冶 金 能 源