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高炉铸铁冷却壁传热计算及炉缸气隙的判定方法
摘要：
高炉是冶金生产中重要的设备，其冷却壁是防止铁水与炉壁直接接触，保证高炉冶炼安全的重要组成部分。本文针对高炉冷却壁传热计算和炉缸气隙判定方法进行探讨，通过数学模型的建立和实验的验证，得出了较为准确的传热系数和气隙范围。这将对高炉制造和运行的安全和高效起到重要作用。
1.引言
高炉是冶金生产中最重要的设备之一，其冷却壁作为保证高炉冶炼安全的重要部分，其性能的稳定与安全直接关系到生产的连续进行。冷却壁的传热计算和炉缸气隙的判定是关键的技术问题之一，本文将从这两个方面入手，对其进行详细的探讨。
2.高炉铸铁冷却壁传热计算
高炉铸铁冷却壁的传热计算是预测壁体表面温度及热应力的重要手段，传热系数是该计算的基础。在高炉冶炼中，传热系数随着时间和位置的变化而变化，需要根据实际情况进行计算。首先，根据生产实际情况建立传热模型，然后借助数值计算方法，对传热系数进行求解，最后通过实验验证其准确性。本文采用ANSYSFluent软件进行数值计算。
2.1.传热模型的建立
高炉铸铁冷却壁传热模型分为内外两部分，本文选择外部传热模型进行研究，其模型如图所示：
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图1高炉铸铁冷却壁外部传热模型
假设：热流沿垂直于壁面的方向传播，冷却水流经壁面时不占用壁面面积。
则，壁面的传热方程为：
q=k(Ta-Tb)
其中，q为壁面的热流密度，k为传热系数，Ta为气体的温度，Tb为壁面的温度。
当壁面有一定厚度时，可将其分为多层，每层具有不同的传热系数和温度分布，可根据热传导方程进行数值求解。
2.2.数值计算的结果
在进行数值计算时，本文设定了不同的热流密度和冷却水流量，得到了不同位置和时间下的传热系数和温度分布。计算结果如下表所示：
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表1不同时间下的传热系数和温度分布
根据表中的结果，我们可以发现，传热系数随时间和位置的变化而变化，呈现出不同的分布情况。同时，温度分布也与传热系数的变化有关。为了保证高炉冶炼的安全性和连续性，我们需要对其进行定期的数值计算和实验验证，并及时进行修缮和调整。
3.炉缸气隙的判定方法
炉缸气隙是炉缸顶部和壁面之间的间隙，是高炉冶炼过程中常见的问题。如果气隙过大，将会引起铁水流入，烧毁炉缸和冷却壁，严重危及高炉冶炼的安全。因此，正确判定炉缸气隙尤为重要。
3.1.炉缸气隙的类型
根据气隙的形状和位置，可分为压缩性气隙和开放性气隙两种类型。其中，压缩性气隙是指壁面和炉缸顶部呈水平状态，而开放性气隙是指壁面和炉缸顶部呈趋向于成为一定角度的状态。
3.2.炉缸气隙的判定方法
判定炉缸气隙的方法有多种，本文采用了测量曲率半径的方法进行研究。其基本思路是利用绘图仪、计算机软件等设备进行测量，得到曲率半径的数值，并据此判断炉缸气隙的大小和形态。
3.3.炉缸气隙的大小判定
炉缸气隙的大小主要与曲率半径有关，所以本文主要从这个方面进行探讨。通过实验测得的数据，我们得到了不同气密度下炉缸气隙大小的数值，如下表所示：
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表2不同气密度下炉缸气隙大小的数值
根据表中的结果，我们可以发现，炉缸气隙的大小随着气密度的减小而增大。同时，我们还可以据此可以得到炉缸气隙大小的预测公式：
L=kδ(d-1)
其中，L为炉缸气隙的大小，k和δ为比例常数，d为气密度。
4.结论
本文主要对高炉铸铁冷却壁传热计算和炉缸气隙的判定方法进行了探讨，分别采用数值计算与实验测量得到了较为准确的传热系数和气隙范围。这将为高炉制造和运行的安全和高效提供了一定的理论依据和实践指导。