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高炉长寿已经成为当代炼铁技术进步的重要标志和组成部分。为了提高生产力、降低炼铁成本,延长高炉寿命已经势在必行。我国对高炉寿命的调查结果显示,高炉冷却壁安全工作是高炉长寿的前提。在炉腹和炉腰高负荷区域,冷却壁表面形成稳定渣皮,能够对冷却壁起到很好的保护作用。 本文以我国目前各大钢厂广泛应用的冷却设备(铸铁冷却壁)为研究对象,采用ABAQUS软件对挂渣铸铁冷却壁进行了非稳态传热计算,在不同炉温、不同冷却水流速和不同冷却水温度条件下对冷却壁热面温度和渣皮厚度的变化等进行分析,并对炉温突然升高时渣皮的脱落过程进行模拟。计算结果表明:当水速为3m/s、炉温为1200℃时,铸铁冷却壁热面温度为315℃,渣皮最大厚度为43.6mm;当炉温为1350℃时,热面温度为815℃,渣皮最大厚度为6.7mm,与实际数据基本吻合。当炉温从低于1200℃突然升到1250℃时,热表面渣皮迅速脱落,经过22min后再次形成厚度为23.8mm的稳定渣皮。当炉温为1300℃时,将水速控制在5m/s左右,水温控制在20℃左右,就可以保证壁体表面渣皮厚度大于14mm,使得冷却壁工作在安全范围内。当炉温为1250℃时,将水速降低到1m/s左右,水温上升到40℃左右,既可保证冷却壁安全工作,又可降低投入成本。 本文不仅解决了目前冷却壁研究中无法确定渣皮厚度的问题,而且定量的得出在不同工况下,如何控制冷却水水速和冷却水温度,使得壁体热面温度处于安全工作范围内,避免冷却壁在工作过程中由于温度过高和经受热冲击疲劳而发生相变开裂,从而有效延长冷却壁的使用寿命。