[D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.04.006 第24卷第4期 北京科技大学学报 Vol.24 No.4 2002年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2002 影响高炉炉墙热负荷的因素分析 程素森杨天钧 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要应用传热学原理建立了高炉炉墙温度场数学模型，应用数值模拟方法分析了冷却水 管直径和间距、冷却水管至冷却壁热面的距离，镶砖导热系数、镶砖厚度和面积，炉村厚度，渣铁 凝固层厚度及对流换热系数对炉墙热负荷的影响.结果认为，降低炉墙热阻是增大炉墙热负荷 的重要途径. 关键词高炉炉墙；温度场；数学模型；热负荷；冷却器 分类号TF062;TF531 热负荷是高炉技术人员经常使用的技术词 z是沿高炉高度方向，由于对称性可以视为绝热 语，常常用来判断边缘气流的发展情况及高炉 边界条件 炉墙的工作状况.准确使用热负荷概念，有效利 边界条件的数学描述如下： 用热负荷的大小来判断高炉边缘气流的发展状 x0. -=a(T-T.) (2) 况，通过布料有效地调整炉内煤气流分布，保证 (3) 高炉炉料的稳定顺行，以达到高炉长寿高效的 x-L,n-a-刀 òT 目的，是高炉操作的重要研究课题.本文在文献 y=0,y=B, =0 (4) dy [1-4]的基础上分析了影响高炉炉墙热负荷的 =0=,82-0 (5) 一些主要因素，为正确使用热负荷判断冷却器 冷却水管表面边界条件为： 工作状况及边缘气流发展情况提供了依据. (x-a}+y2=R2 (6) 1炉墙温度场模型 n8=-a.-T） 式(1)一(6)中，一x方向直冷却水管中心线距离， 为了研究炉墙热负荷与冷却水管直径、冷 m;B一直冷却水管中心线间距的一半，m;H一 却水管间距、冷却水管至冷却壁热面的距离，镶 计算模型的高度，m;L一高炉炉墙厚度，m;R一 砖导热系数、镶砖厚度、镶砖面积，炉衬厚度，渣 直冷却水管半径，m;T一温度，K;T。一高炉周围 铁凝固层厚度及对流换热系数等对炉墙热负荷 环境温度，K；T一高炉炉体表面附近煤气温度， 的影响，建立计算炉墙温度场的物理数学模型 K;Tw一直冷却水管中冷却水平均温度，K；T (1)物理模型.以铸铁无凸台单层冷却水管 一冷却壁本体和直冷却水管接触处温度，K; 镶砖冷却壁为研究对象，建立的物理模型包括 xy,2一空间坐标，m;a一炉壳和周围环境之间的 炉壳、填充层、冷却壁本体、炉衬或凝固渣皮层. 换热系数，W(m2·K);a一炉墙热面与热煤气流 (2)数学模型.高炉炉墙的传热可视为导热 的对流换热系数，W/(m2.K);a,一直冷水管中冷 问题，在稳态情况下三维导热微分方程为： 却水与壁间的对流换热系数，W(m2.K);2(T)一 8un}8unun}-o山 温度为7时的导热系数，Wm·K):识冷知 边界条件：x是沿高炉径向，在炉壳外表面x=0 水管表面法线方向温度梯度，Km. 处、炉墙热面x=L处、冷却水内表面处均取第三 类边界条件（即对流换热条件）；y是沿高炉周向， 2炉墙热负荷的物理含义 收稿日期2001-11-16 程素森男，37岁，副教授，博士 炉墙热负荷是指单位时间通过单位炉墙热 *国家“九五”攻关资助项目No.97-225-02-08)
第 2 4 卷 第 4期 2 0 0 2 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n vi e sr iyt o f s c ei n e e a n d Te e h n o l o yg B o ij ni g V b l . 2 4 N o . 4 A u g . 20 02 影响高炉炉墙热负荷的因素分析 程素森 杨天钧 北京科技大学冶金学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 应用 传热学 原理建立 了高炉炉 墙温 度场数学模 型 , 应用 数值模拟方 法分析 了冷却水 管直径和间距 、 冷却水管 至冷 却壁热 面的距离 ,镶砖导 热系数 、 镶砖厚 度和 面积 , 炉衬厚度 , 渣铁 凝固层厚 度及对 流换 热系数对 炉墙 热负荷的影响 . 结果认为 , 降低炉墙热 阻是增 大炉墙 热负荷 的重要 途径 . 关键词 高炉 炉墙 ; 温度场 ; 数学 模型; 热负荷 ; 冷 却器 分类号 FT 0 6 2 : T F S引 z 是沿高炉高度方 向 , 由于 对称性可 以视为绝热 边界条件 . 边界条 件的数 学描述如下 : 、声产1. 、少`. 径(235 x 二 O , 双 x 二 L , 又( 二 al (卜 aT ) = a Z (界一 力 0 CU à一 一Ty Z 口气1一八勺é介U 热负荷是高炉技术人员经常使用 的技术词 语 , 常常用来判断边缘 气流的发展情况及 高炉 炉墙 的工作状况 . 准确使用热负荷概念 , 有效利 用热负荷 的大小来判断高炉边缘气流的发展状 况 , 通过布料有效地调整炉内煤气 流分布 , 保证 高炉炉料 的稳定顺行 , 以 达到高炉长 寿高效 的 目的 , 是高炉操 作的重要研究课题 . 本文在文献 [ 1一 4] 的基础 上分析了影响高炉炉墙热 负荷的 一些主 要 因素 , 为正确使用 热负 荷判 断冷却 器 工 作状况及边缘 气流发展情况提供 了依据 . y 二 0 ,y 二 B , z ` 0 , z = H , 1 炉墙温度场模型 为 了研 究炉墙 热负荷与冷却水管直径 、 冷 却水管 间距 、 冷却水管至冷却壁热面 的 距离 , 镶 砖 导热系 数 、 镶砖 厚度 、 镶砖面积 , 炉衬 厚度 ,渣 铁凝 固层厚度及对流换热 系数等对炉墙热负荷 的影 响 , 建立计算炉墙温度场 的物理数学模 型 . ( l) 物理模 型 . 以铸铁无 凸 台单层冷却水管 镶砖冷却壁为研究对象 , 建立的物理模型 包括 炉 壳 、 填充层 、 冷却壁本体 、 炉衬或凝 固渣皮层 . (2) 数学模 型 . 高炉炉墙 的传 热可 视为导热 问题 , 在稳态情况下三维导热微分方程 I[,2 ,为 : a ( , , ~ a T 、 . a f , , , a T、 . a r , , , 刁 T、 _ 八 , 1 、 夸 . 1双劝号今卜 一 瓷」双约摧洽 - 卜谁扮l双乃气念} 二 o ( l) 口 x t 、 O x ) 口少 t ’ ` 印 夕 j o z t ` ’ v z ) 边界条件 : x 是沿高炉 径 向 , 在炉壳外表面 x 二 0 处 、 炉墙热面 x 二 L 处 、 冷却水 内表面处均取第三 类边界条件(即对流换热条件) ; y 是沿高炉周向 , 收稿 日期 2 0 0 1 一 1 一 16 程 素森 男 , 37 岁 , 副教授 , 博士 * 国家 “ 九五 ” 攻关 资助项 目《N o . 9不 2 2 5 一 胆 一 0 8) 冷却 水管表面边界条件 为 : x( 一 a ) ,甲 = R , 人 , ~ 日T , ~ , 、 双乃云 一 a 式几 一 wT ) ( 6 ) 式 ( l )一( 6) 中 , ~ 方 向直冷却水管 中心线 距离 , m ; 刀一 直冷却水管 中心线 间距的一半 , m ; 去手一 计算模 型 的 高度 , m ; L一高炉炉墙厚度 , ;m R一 直冷却水管 半径 , m 汀` . 温度 , K ;aT 一高炉周 围 环境温度 , K ; 界一 高炉炉体表面附近煤气温度 , K ; wT 一直冷却 水管 中冷却水平均温度 , K ; 几 一冷却壁本体 和直 冷却 水管 接触处 温度 , K ; x 少声一空 间坐标 , m ; al 一炉壳和 周围环境之间的 换热 系数 , w (/ 耐 · )K ; 仇一炉墙热面 与热煤 气流 的对 流换热 系数 , W (/ 耐 · )K ; 氏一直冷 水管 中冷 却水 与壁间 的对 流换热 系数 , W (/ 耐 · )K ; 双乃一 温度 为了时的导热系数 , W/ (m · K ) ; 水 管表面法线 方向温度 梯度 , K方11 . 刁T 、 人 、 。 下万二一一 目 U f 亡 伴却 2 炉墙热负荷的物理含义 炉墙热负荷是指 单位 时间通过单位炉墙热 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 04. 006
·408· 北京科技大学学报 2002年第4期 面面积的热量（即热量通量）.其计算公式为， 在冷却壁肋的厚度不变时，若冷却壁内冷 =[nnrvpcdTou-T+Os)A (7) 却水管的中心到冷却壁热面的距离减小，第2 式中，A一炉墙面积，m2;cp一冷却水定压热容，J/ 项中的h就减小，因此式(8)中第2项就变小；第 (kgK):一冷却水水管数；一冷却水管内半径， 2项的变小，也会导致整个热阻的减小，促使流 m;Q一炉墙的热负荷，Wm;Qs一炉壳散失的热 过冷却壁的热流增大， 量，J;T,T。一冷却水的出口、进口平均温度，K; 当镶砖厚度减薄时，h,h将变小，式(8)中的 y一冷却水水速，m/s;p一冷却水密度，kgm3. 第3项就会减小，整个热阻也会减小，流过冷却 壁的热流就会增大 3计算结果与分析 当镶砖面积减薄时，A将变小，A将增大，有 下式成立： 31冷却壁设计参数对炉墙热负荷的影响 lA3h2+元A,h1≥入A4h, 以下结果均是在T,T,a,a不变的情况下 hihz 计算得出的.表1给出了冷却水管直径、冷却水 a晚Ah≤产 管间距、冷却水管至冷却壁热面的距离、镶砖导 随着A,的增大，式(8)中的第3项减小，整个 热系数、镶砖厚度及镶砖面积对炉墙热负荷的 热阻也会减小，流过冷却壁的热流也会增大， 影响程度 当镶砖的导热系数增大时，式（⑧）中第3项 的分母就会增大，热阻就会减少，热流就会增 表1冷却壁设计参数对炉墙热负荷的影响 大.在式(8)中，第4项表示冷却水与冷却壁本体 Table 1 Influence of stave design parameters on heat load of BF wall 的对流换热热阻，当增大冷却水管的直径时，对 冷却水管直径/mm 4555657585 流换热系数和冷却通道的面积在增大，此项在 炉墙热负荷kWm2) 72.378.482.285.190.2 减小.将导致整个冷却壁本体的热阻减小，通过 冷却水管间距/mm 180200220240260 冷却壁的热流增大，炉墙的热负荷就大 炉墙热负荷/(kWm2) 61.267.472.378.482.1 3.2热负荷对炉墙热面温度的影响 水管距冷却壁热面距离/mm135145155165175 由于在稳态情况下，进人炉墙热面的热量， 炉墙热负荷/kWm2)85.784.983.882.180.1 近似等于冷却壁的热流量.在冷却壁的设计参 镶砖导热系数/w-(m℃)10.56.512.518.525 数改变时，流过冷却壁的热流发生了较大变化， 炉墙热负荷巛Wm2) 66.979.184.58892.1 它对炉墙的热面温度有重要影响. 镶砖厚度/mm 4555657585 从高炉内部看，炉墙的热负荷等于： 炉墙热负荷/kWm2) 85.483.983.683.482.4 釀砖面积率7% 2=a2(T:-Ts) (9) 3040506070 炉墙热负荷kWm-2) 8987.483.478.369.8 式中，T一炉墙热面平均温度，K 当T,a2不变时，只有当炉墙的热面温度降 从表1中可以看出：炉墙热负荷随着冷却 低了，炉墙的热负荷才能增大.由此可见，通过 水管的直径的增大而增大；随着冷却水管间距 改变冷却壁的设计参数，虽然炉墙的热负荷Q 的减小而增大；随着冷却水管至冷却壁热面的 增大了，但炉墙的热面工作温度确降低了，即通 距离的减小而增大；随着镶砖导热系数的增大 过炉墙的热负荷与炉墙热面温度不成正比 而增大；随着镶砖厚度及镶砖面积的减小而增 33操作参数对炉墙热负荷的影响 大.由此可见，冷却壁的设计参数直接影响着炉 在冶炼过程中，由于原燃料对高炉炉墙的 墙热负荷 冲刷、高炉的崩料及边缘煤气流的发展，有可能 在稳态情况下，冷却壁的热阻近似地写成： 导致高炉炉衬砖厚度的减薄、渣皮的脱落或增 aA,MAht aA (8) 厚及炉墙热面与炉内煤气流对流换热系数的增 其中，A1,A,A,A。一分别表示炉墙热面面积、冷却 大或减小.清楚认识炉衬砖厚度、渣皮厚度及炉 墙热面与炉内煤气流对流换热系数对炉墙热负 水管内表面面积、肋热面面积及镶砖面积，m'; 荷的影响，有利于高炉技术人员，判断高炉实际 h,h,h2一分别表示冷却壁的高度、肋的高度及壤 砖的高度，m;1,入1一分别表示铸铁及镶砖的导热 炉况，进行优化操作，以延长高炉寿命 在表2中，当冷却壁设计参数不变的条件 系数，W/(m·℃)
北 京 科 技 面 面 积的热量 (即热 量通 量) . 其计算公式为 , Q = 【 n 兀尸塑 cP (outT 一 几+ Q s )」A/ ( 7 ) 式 中 , A一炉墙面 积 , 耐 ; c二冷却 水定压热容 , J/ ( k g . K ) ; n一冷却水水管数 ; ~ 冷却水管 内半径 , m ; 口一炉墙 的热负荷 , w /m Z ; sQ 一 炉壳散失 的热 量 , ;J outT , 兀一冷却水的 出 口 、 进 口 平 均温度 , ;K ~ 冷却水水速 , 耐 s ; p一冷却水密度 , k g/ m 3 , 3 计算结果与分析 3 . 1 冷却壁设计参数对炉 墙热负荷的影响 以下 结果 均是在 aT , tT , a , , a Z不变 的情况下 计算 得出的 . 表 1 给出了冷却水管直径 、 冷却水 管间距 、 冷却水管至 冷却壁热面 的距离 、 镶砖导 热系数 、 镶砖厚度及镶砖面 积对炉墙热负荷 的 影响程度 . 表 1 冷却壁 设计 参数对炉 墙热 负荷 的影响 aT b l e 1 I n fl u e n e e o f s t a v e d韶i g n P a r a m e t e r s o n h e a t l o a d o f B F w a l l 冷却水管直径 /m m 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 炉墙热负荷/ ( k w · m 一 , ) 72 , 3 78 . 4 82 . 2 85 . 1 90 . 2 冷却水管间距m/ m 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 炉墙热负荷/ (k w · m 一 , ) 6 1 . 2 6 7 . 4 7 2 . 3 7 8 . 4 8 2 . 1 水管距冷却壁热面距离加m 13 5 14 5 15 5 16 5 1 7 5 炉墙热负荷 /(kw · m 一 , ) 8 5 . 7 8 4 . 9 8 3 . 8 82 . 1 8 0 . 1 镶砖导热系数W/ · (m · ℃) 一 , 0 . 5 6 . 5 12 . 5 18 . 5 2 5 炉墙热负荷 /k( W · m 一 , ) 6 6 9 7 9 . 1 84 . 5 88 9 2 . 1 镶砖厚度 / m m 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 炉墙热负荷汉kw · m 一 , ) 8 5 4 8 3 9 8 3 6 8 3 4 8 2 4 镶砖面积率/ % 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 炉墙热负荷(k/ W · m 一 , ) 8 9 8 7 · 4 8 3 · 4 7 8 . 3 6 9 . 8 大 学 学 报 2 0 02 年 第 4 期 在冷却壁肋的厚度不变时 , 若冷却壁 内冷 却水管 的中心 到冷却壁热面 的距离减小 , 第 2 项 中的h就减小 , 因此式( 8) 中第 2 项就变小 ; 第 2 项 的变小 , 也会导致整个热阻的 减小 , 促使 流 过冷却壁的热流增大 . 当镶砖厚度减薄时 , h , , 从将变小 , 式( 8) 中的 第 3 项就会减小 , 整个热阻也会减小 , 流过冷却 壁 的热流就会增大 . 当镶砖面积减 薄时 ,儿将变小 , 瓜将增 大 , 有 下 式成立 : 朋 3 h 2以 IA 4 h l全又讨 4 h l , h l h 2 朋 3 h 2以碑 4 h l _ h : h , < , 二 . - ~ , - 二~ 一 _ 一元IA 4 h , ’ 从表 1 中可 以看 出 : 炉 墙热负荷 随着冷却 水 管的直径的增 大而增 大 ; 随着冷却水管 间距 的减小 而增 大; 随着冷却水管至冷却壁热 面的 距 离的 减小而增 大; 随着镶砖导热系 数 的增大 而增 大; 随着镶砖厚度及镶砖面积 的减小而增 大 . 由此可见 , 冷却壁 的设计参数直接影响着炉 墙热 负荷 . 在稳态情况下 , 冷却壁的热阻近似地写成 : R瑞户裔输脍丽 十 众 ( 8 , 其 中 , A l月 2月 3月二分别表示炉墙热面面 积 、 冷却 水 管内表面面 积 、 肋热 面面积及 镶砖 面积 , m , ; h, h l , h-Z 分别表示冷却壁的高度 、 肋的 高度及镶 砖 的高度 , m ; 兄只 1一分别表示铸铁及镶砖的导热 系数 , W (/ m · ℃ ) . 随着A 4的增大 , 式 (8) 中的第 3 项减小 , 整个 热阻也会减小 , 流过冷却壁 的热流也会增大 . 当镶砖 的导热系数增大 时 , 式 ( 8) 中第 3 项 的分母就会增大 , 热 阻就会减 少 , 热流就会增 大 . 在式 ( 8) 中 , 第 4 项表示冷却水与冷却壁本体 的对流换热热阻 , 当增大冷却水管 的直径 时 , 对 流换热 系数和冷却通道 的面积在增 大 , 此项在 减小 . 将导致整个冷却壁本体的热阻减小 , 通过 冷却壁 的热流增大 , 炉 墙 的热负荷就大 . .3 2 热负荷对炉墙热面温度的影响 由于 在稳态情况下 , 进人炉墙热面的热量 , 近 似等 于冷却壁 的热流量 . 在冷却壁的设计参 数改变时 , 流过冷却壁的 热流发生 了较大变化 , 它对炉墙 的热 面温度有重要影 响 . 从高炉 内部看 , 炉 墙的热负荷等于 : Q = a Z ( tT 一 sT ) ( 9 ) 式 中 , sT 一炉墙热 面平均温度 , K 当 rT , a Z不变时 , 只有 当炉墙 的热 面温度 降 低 了 , 炉墙 的热负荷才能增大 . 由此 可见 , 通过 改变冷却壁 的设计参数 , 虽然炉墙 的热负荷 Q 增大了 , 但炉墙 的热面工作温度确降低 了 , 即通 过炉 墙 的热负荷与炉 墙热面温度不成正 比 . .3 3 操作参数对炉墙热负荷的影响 在冶炼过程 中 , 由于原燃料对高炉 炉墙 的 冲刷 、 高炉 的崩料及边缘煤气流的发展 , 有可能 导致高炉炉衬砖厚度的减薄 、 渣皮 的脱 落或增 厚及炉墙热面与炉内煤气流对流换热系数的增 大或减小 . 清楚认识炉衬砖厚度 、 渣 皮厚度及炉 墙热面与炉 内煤气 流对流换热系数对炉墙热负 荷的影 响 , 有利于高炉技术人员 , 判断高炉实际 炉况 , 进行优化操作 , 以延长高炉寿命 . 在表 2 中 , 当冷却壁设计参数不变 的条件
Vol.24 No.4 程素森等：影响高炉炉墙热负荷的因素分析 ·409 下，计算了炉村砖厚度、渣皮厚度、冷却水速、炉 总之，高炉炉墙热负荷不但与冷却壁的设 内煤气流与炉墙热面对流换热系数的变化（边 计参数有关，而且与高炉操作参数有关.在炉气 缘气流发展程度)对炉墙热负荷的影响 温度不变的条件下，凡是能够使炉墙热阻减小 的因素，都将增大炉墙热负荷，减小炉墙热面温 表2操作参数对炉墙热负荷的影响 Table 2 Influence of operating parameters on heat load of 度 BF wall 4主要结论 炉衬砖厚度/mm 60120180 240 炉墙热负荷/化Wm2) 68.254.140.633.2 (1)高炉炉墙热负荷随着冷却水管直径的增 渣皮厚度/mm 203040 50 大、冷却水管间距及冷却水管距冷却壁热面距 炉墙热负荷(kWm2) 41.333.829.322.8 离的减小而增大，而炉墙热面温度则随着这些 炉内对流换热系数/(W·m2.℃-)160200 240280 设计参数的增大而减小，有利于保护冷却器. 炉墙热负荷/(kWm2) 71.480.284.987.7 1.01.52.0 2.5 (2)高炉炉墙热负荷随着镶砖厚度的减薄、 冷却水速/(ms1) 炉墙热负荷(kWm2) 80.383.485.286.9 镶砖面积的减小，镶砖导热系数的增大而增大， 但炉墙热面温度随着这些参数的增大而降低. 从表2中可以看到，随着炉衬砖厚度及渣 (3)高炉炉墙热负荷随着炉衬砖厚度及渣皮 皮厚度的减薄、炉内煤气流与炉墙热面对流换 厚度的减薄而增大，炉墙热面温度则随着这些 热系数及冷却水速增大，炉墙热负荷也在增大 参数的减小而增高 因为整个炉墙的热阻可以近似表示为： (4)高炉炉墙热负荷随着炉内对流换热系数 ad (10) 的增大（边缘气流发展）而增高 h,h,一分别表示炉衬砖和渣皮的厚度，mm;2,2 致谢：特别感谢刘述临教授、吴懋林教授及杨为国硕士 一表示炉衬砖和渣皮的导热系数，Wm·℃). 的帮助 由上式可以看到，当炉墙厚度、渣皮厚度减 薄及炉墙热面与炉内煤气流对流换热系数增大 参考文献 时，热阻R将减小，通过炉墙的热流密度将增 1程素森，长寿高效高炉综合技术[D[博士后出站报 大，也即炉墙的热负荷将增大，进入冷却水的热 告].北京：北京科技大学，1998 量将增大.这时根据式(9)，炉墙热面温度将减 2杨为国.高炉冷却壁三维温度场有限元分析D小：「硕 小.反之，当炉衬砖厚度或渣皮厚度增厚，或者 士学位论文].北京：北京科技大学，1997 炉墙热面与炉内煤气流对流换热系数减小时， 3程素森，薛庆国，杨天钧，等.冷却壁的传热学分析小 钢铁，1999.345)：17 热阻R将增大，通过炉墙的热流密度将减小，也 4程素森，贺友多，吴启常.高炉凸台冷却壁温度场计 即炉墙的热负荷将减小，进人冷却水的热量也 算钢铁，1994,29(1)：6 将减小.根据式(9)此时炉墙热面温度将增大 Analysis About Influence Factors on Heat Load of Blast Furnace Wall CHENG Susen,YANG Tianjun Metallurgy School,USTB Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The mathematical model of the temperature field for BF wall was established.The influence of diameter of cooling water pipe,distance between cooling water pipes,the distance between cooling water pipe and heat surface of stave,brick conductivity,brick thickness,brick area,lining thickness,thickness of the skull of hot metal and slag and convection coefficient on thethe heat load of Blast furnace wall was studied. The results show that decreasing the thermal conductance is the important way for increasing the heat load of bladt furnance wall. KEY WORDS blast furnace wall:heat transfer:mathematical model;heat load;cooling apparatus
M ) 1 . 2 4 N o 一 4 程 素森等 : 影响 高炉炉墙 热 负荷的 因 素 分析 一 4 0 9 - 下 , 计算 了炉衬砖厚度 、 渣皮厚度 、 冷却水速 、 炉 内煤气流与炉 墙热面对流换热 系数 的变化 (边 缘气流发展程度 )对炉墙热 负荷 的影 响 . 表 2 操作 参数对 炉墙热 负荷 的影响 aT b l e 2 I n fl u e n e e o f o P e r a t i n g P a r a m e t e r s o n h e a t l o a d o f B F w a ll 炉衬砖厚度 m/ m 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 炉墙热负荷/ (k w · m 一 , ) 6 8 . 2 5 4 . 1 4 0 . 6 3 3 . 2 渣皮厚度 m/ m 2 0 3 0 4 0 5 0 炉墙热负荷 / ( kw · m 一 , ) 4 1 . 3 3 3 . 8 2 9 3 2 2 . 8 炉内对流换热系数 / (W · m 一 , · ℃ 一’ ) 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 炉墙热负荷 / ( kw · m 一 2 ) 7 1 . 4 8 0 . 2 8 4 . 9 8 7 . 7 冷却水速 / 恤 · s 一 , ) 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 炉墙热负荷 /( kw · m 一 , ) 8 0 . 3 8 3 . 4 8 5 . 2 8 6 . 9 J 急之 , 高炉 炉 墙热 负荷不 但 与冷却壁的 设 计参数有关 , 而且与高炉 操作参数有关 . 在炉 气 温度不变 的条件 下 , 凡是能够使炉 墙 热阻减小 的因素 , 都将增大炉墙热负荷 , 减小炉 墙热面温 度 . 从表 2 中可 以看 到 , 随着炉衬砖厚度及渣 皮厚度 的减薄 、 炉 内煤气 流 与炉墙热面 对流换 热系数及冷却水 速增大 , 炉墙热负荷也在增大 . 因 为整 个炉 墙的 热阻可 以近似表示为 : 尺 1 一 * 津年津年十弃 ( 10 ) ’ ` 又刃 : 又月 : a 刃 2 凡h, -4 分别 表示炉衬砖 和渣皮 的厚度 , ~ ; 儿儿 一表示 炉衬砖和渣皮 的导热 系数 , W/ (m · ℃ ) . 由上 式可 以看到 , 当炉 墙厚度 、 渣皮厚度减 薄及炉墙热面与炉内煤气流对流换热 系数增大 时 , 热阻R I将减小 , 通过 炉墙的热流密度将增 大 , 也 即炉墙 的热负荷将增 大 , 进入冷却水 的热 量将增 大 . 这时 根据式 (9 ) , 炉墙 热面 温 度将减 小 . 反 之 , 当炉 衬砖厚度或渣皮厚度增厚 , 或者 炉 墙热面 与炉 内煤气 流对流换热 系数减小时 , 热阻R ,将增 大 , 通过炉墙 的热流密度将减小 , 也 即 炉墙的热负荷将减小 , 进人冷却水 的热量也 将减小 . 根据式 (9 )此时炉墙热面 温度将增 大 . 4 主要结论 ( l) 高炉 炉墙 热负荷随着冷却水管直径的增 大 、 冷却水管 间距 及冷却水管距冷却壁 热面距 离的 减小而增大 , 而炉 墙热面温度则 随着这些 设 计参数 的增大而减小 , 有利于 保护冷却器 . (2 ) 高炉 炉 墙热负荷 随着镶砖厚 度的减薄 、 镶砖面积 的减小 、 镶砖导热 系数的增 大而增大 , 但炉 墙热 面温度 随着这些 参数 的增大而 降低 . (3 )高炉 炉 墙热负荷随着炉衬砖厚度及渣皮 厚度 的减薄而增 大 , 炉墙热面 温度则 随着这些 参数 的减小而增 高 . (4 )高炉炉墙热负荷随着炉 内对流换热系数 的 增大 (边 缘气 流发 展)而 增高 . 致谢 : 特 别感谢刘述 临教授 、 吴惫林 教授 及杨 为 国硕 士 的帮助 参 考 文 献 1 程素森 . 长 寿高效 高炉综 合技术 〔D] : I博 士后 出站报 告 ] . 北 京 :北 京科技 大学 , 19 9 8 2 杨为 国 . 高炉冷 却壁 三维温 度场有 限元 分析 10] : [硕 士 学位论 文 ] . 北京 : 北京 科技大 学 , 1 9 9 7 3 程 素森 , 薛 庆 国 , 杨 天钧 , 等 . 冷却壁 的传热 学分析 J[] . 钢铁 , 19 9 9 , 3 4 ( 5 ) : 17 4 程 素森 , 贺 友多 , 吴 启常 . 高炉 凸台冷 却壁温度 场计 算 [ J ] . 钢铁 , 19 9 4 , 2 9 ( l ) : 6 A n a ly s i s A b o lt I n fl u e n e e F a e t o r s o n H e at L o a d o f B l a s t F um a e e V a/ 11 C刀百刀 G uS se n , YA N G iT a nj u n M e t a ll u r g y S e h o o l , U S T B B e ij in g , B e ij l ll g 10 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T T h e m a ht e m at i e a l m o d e l o f ht e t e ln P e r a t u r e if e ld of r B F w a ll w a s e s t a b li s h e d . T h e i n fl u e n c e o f d i am e t e r o f e o o lign w at e r P IP e , d i s t an e e b e t w e e n e o o li n g w at e r PIP e s , ht e d i s t an e e b e wt e e n e o o li n g w at e r PIP e an d h e at s ur fac e o f s t a v e , b r i e k e o n d u e t i v iyt, b r i e k ht i e kn e s s , b r i e k ar e a , li n i n g ht i e kn e s s , t h i e kn e s s o f ht e s ku ll o f h o t m e t a l an d s l a g an d e o vn e c ti o n e o e if e i e nt o n t h e t h e h e at l o a d o f B l a s t fu r ll a e e w a ll w a s s ut d i e d . T he r e s u lt s s h o w ht at d e c r e a s i n g ht e ht e mr a l e o n d u e t an e e 1 5 t h e l ln P o rt a n t w ay fo r i n e r e a s i n g ht e h e a t l o a d o f b l a dt fu rn a n c e w a l l . K E Y WO R D S b l a s t fu m a e e w a ll ; h e at t r an s fe r ; m a l h e m at i e a l m o d e l ; h e at l o a d : e o o li n g a P P ar a l l ls