基于ANSYS的高炉炉墙温度场分析.doc

基于ANSYS的高炉炉墙温度场分析
侯富昌1，王秀梅1，翁健1，林成城2，郑少波3
(1.上海大学机电工程与自动化学院，上海200072;2.宝山钢铁股份有限公司上海200941；3.上海大学材料科学与工程学院，上海200072）

摘要:通过建立高炉炉墙在多类边界条件下的计算模型，利用有限元分析软件ANSYS对高炉炉墙进行三维稳态温度场的分析计算。模拟了高炉炉墙、冷却板的温度分布状态，得出了渣皮厚度和炉墙热电偶温度之间的对应关系,为高炉操作提供了判断依据，维护高炉生产的稳定、顺行和长寿。
关键词：高炉;ANSYS;冷却板;温度场;热电偶

AnalysisofTemperatureFieldaboutBlastFurnaceWallBasedonANSYS
HOUFu-chang1,WANGXiu-mei1,WENGJian1,LINCheng-cheng2,ZHENGShao-bo3
(1.SchoolofMechatronicsEngeneeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China;
2.BaoshanIron&SteelCo.,Ltd,Shanghai200941,China;3.SchoolofMaterialsScienceandEngeneering,ShanghaiUniversity,shanghai200072,China)

Abstract:Byestablishingthecalculationmodelofblastfurnacewallundertypesofboundaryconditions,the3-Dsteady-statetemperaturefieldabouttheblastfurnacewallwasanalyzedandcalculatedbyusingtheFEAsoftwareANSYS.Thetemperaturedistributionofblastfurnacewallandcoolingplateswassimulated.Thecorrespondingrelationshipbetweenthethicknessofslagskinandthetemperatureofthermocoupleintheblastfurnacewallwasalsostudiedfromtheanalysis.Therefore,judgmentbasisfortheoperationofblastfurnacecanbeprovidedandthestabilityofproductionandlongevityaboutblastfurnacecanbemaintained.
Keywords:blastfurnace;ANSYS;coolingplate;temperaturefield;thermocouple

运用有限元分析方法，对高炉炉墙计算模型进行温度场分布的研究，为高炉的结构设计以及操作参数的优化提供理论上的依据。对高炉炉墙温度场的研究是一项基础研究，高炉炉衬和冷却器的破坏与炉墙温度场有着直接的关系。目前已有不少国内外相关文献针对此方面进行了大量研究,但大多都是注重于冷却器本身的结构参数和外部环境对其温度场的影响。针对高炉内部凝固渣皮层的厚度与炉墙内热电偶温度之间对应关系（即通过热电偶的实测温度推断凝固渣皮层的厚度）的研究的比较少。本文运用大型通用有限元软件ANSYS,并且结合宝钢4号高炉高导热性石墨砖炉衬结构,通过建立多类边界条件下的计算模型,对高炉炉墙进行了三维稳态温度场的分析计算，以模拟其工作时的温度分布状况；并且建立了凝固渣皮层厚度与热电偶温度之间的对应关系，利用热电偶的实测温度判断高炉内凝固渣皮层的厚度，从而可以为高炉的操作提供判断依据。
1高炉炉墙结构计算模型
1.1计算模型的选取
通过对整个高炉的分析,建立高炉炉墙结构的计算模型。高炉炉墙结构的计算模型是从宝钢4号高炉的实际结构中选取的。建模时需要设置一系列简化，简化原则如下:①选择包括炉壳、填充层、冷却板、砖衬以及凝固渣皮层在内的整个炉墙为研究对象来分析计算传热过程；②由于在计算时会产生误差,故将某一定炉气温度下的传热过程看作是稳态导热过程；③对传热计算结果影响不大的几何结构在模型中简化掉。根据冷却板在炉周方向上布置的几何对称性,只需选取两块冷却板所围成的部分结构为计算模型描述对象，图1是计算模型的三维结构示意图，包括炉壳、填充层、冷却板、石墨砖砖衬和凝固渣皮层几个部分。

图1计算模型三维结构示意图
Fig.13-Dstructuresketchmapofcalculationmodel

1.2高炉炉墙内部导热微分方程
高