高炉用铜-钢复合冷却壁传热及力学性能分析

采用热力耦合方法研究了铜层厚度和冷却水道间距对铜-钢复合冷却壁温度及应力分布的影响.以1∶1比例铜-钢复合冷却壁进行了热态试验,测试了铜-钢复合冷却壁温度分布,计算了热态试验条件下铜-钢复合冷却壁的温度分布,计算结果与试验结果基本吻合.计算结果显示,铜-钢复合冷却壁铜层厚度增加,壁体最高温度和最大等效应力减少,铜层厚度上限值为70mm;冷却水道间距减少可以降低壁体最高温度和最大等效应力,当冷却水道间距小于220mm时,减少冷却水道间距对降低壁体最高温度和最大等效应力作用较小.铜层厚度为60mm,冷却水道间距为220mm的铜-钢复合冷却壁在高炉热负荷较高区域工作不易发生塑性变形损坏.

铜钢复合冷却壁传热能力及热变形分析

通过数值模拟的方法,对铜钢复合冷却壁的传热能力,以及在高热负荷下铜钢复合冷却壁的变形情况进行了分析。结果表明:①与铜冷却壁相比,铜钢复合冷却壁的传热能力仅下降1.17%;冷却水对流换热在冷却系统中占绝对主导地位,99%的热量是通过冷却水带走,距离热面最近的水道铜面起主要作用。②铜钢复合冷却壁抗热变形能力较好,在无渣皮保护的极限工作条件下,铜钢复合冷却壁的热变形量大约为铜冷却壁的一半,有较好的抗变形能力;铜钢复合冷却壁的界面处的应力值较大,爆炸焊接结合的铜钢材料,在界面处行成波状结合界面,很好地保证了界面强度。

铜钢复合冷却壁传热及热应力分析

通过建立铜钢复合冷却壁传热及热应力分布数学模型,研究了铜钢复合冷却壁与铜冷却壁、铸钢冷却壁的传热性能差异及其铜钢界面热应力分布。结果表明:煤气温度为1200℃时,高炉内无渣皮覆盖铜钢复合冷却壁肋热面最高温度为180℃,较相同煤气温度下铜冷却壁的最高温度高约30℃,较铸钢冷却壁的最高温度低约520℃。铜钢复合冷却壁具备铜冷却壁的传热性能。铜钢界面边缘正应力σz大于0,表现为受拉状态;冷面增加加强筋后,铜钢界面边缘正应力σz小于0,表现为受压状态,且最大等效应力降低至114.45 MPa,低于铜钢复合板的高温强度。高炉内铜钢复合冷却壁不会发生铜钢界面分离破损。热态试验中铜钢复合冷却壁温度计算值与测量值吻合较好,验证了数学模型的准确性。