D0I:10.13374/i.issnl00113.2008.08.015 第30卷第8期 北京科技大学学报 Vol.30 No.8 2008年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2008 高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟 郑建春宗燕兵苍大强 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要根据铜冷却壁传热过程分析，得到铜冷却壁热面复合传热系数的计算公式，并在1：1的热态实验炉上进行了热态实 验，得到不同炉气温度下相应的热面复合传热系数值·建立了铜冷却壁三维数学模型，模拟铜冷却壁在几种不同的热面边界 条件下的温度场分布，通过与热态实验结果对比分析可知，热面复合传热系数不能取恒定值，需要考虑炉气温度变化的影响 通过模拟结果，计算壁体热流密度的分布，还可得到热面渣皮的厚度的变化范围 关键词铜冷却壁：热态实验：传热系数：温度场：数值模拟 分类号TF066.7 Thermal test and numerical simulation of the temperature field of a blast furnace copper stave ZHENG Jianchun,ZONG Yanbing.CANG Daqiang School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT An expression of combined heat transfer coefficient was obtained based on the heat transfer analysis of a blast furnace copper stave,and the combined heat transfer coefficients at different gas temperatures were obtained through the thermal test in an experimental furnace.A three-dimensional mathematical model was established for the copper stave.and the distribution of tempera- ture field was simulated under different boundary conditions.Comparing the result of simulation with that of the thermal test,the combined heat transfer coefficient should not be a constant but a variable dependant on gas temperature.The distribution of heat flux density in the copper stave and the change range of slag thickness on hot-face were derived from the result of simulation. KEY WORDS copper stave:thermal test;heat transfer coefficient;temperature field:numerical simulation 高炉长寿是当代炼铁技术进步的重要标志和组 性进行测试，并在此基础上对其热态性能进行计算 成部分，高炉炉腹和炉身下部热流冲击很大，工作 机模拟 环境十分恶劣，是高炉长寿的限制性环节；但决定其 1铜冷却壁热态实验及热面复合传热系 寿命的主要因素是该部位冷却器及炉衬耐火材料的 寿命，相对于铸铁冷却壁，铜冷却壁以其导热系数 数的计算 大、热阻小、工作稳定、可使用普通耐火材料、使用寿 在数值模拟中，影响结果准确性的重要因素就 命长等优点，已成为新型的冷却设备，但需要采取一 是模型和边界条件的准确性，在对热态实验的铜冷 系列手段对其热态性能进行测试，在热态实验的基 却壁温度场数值模拟中，炉气温度、铜冷却壁几何参 础上，通过计算机模拟铜冷却壁的热态性能，周期 数、铜冷却壁和耐火材料的热力学参数、冷却水的流 短，成本低，适用性强，因此成为测试高炉铜冷却壁 速和热力学参数等都可测量得到，影响其温度场分 热态性能的主要手段， 布最重要的边界条件就是铜冷却壁热面和高温炉气 北京科技大学与汕头华兴治金备件厂合作，在 之间的复合传热系数， 汕头建立冷却壁热态实验基地，对铜冷却壁热态特 热态实验用铜冷却壁材质为轧制铜板，外形尺 收稿日期：2007-07-09修回日期：2007-08-23 作者简介：郑建春(1977-)，男，博士研究生：苍大强(1949-)，男，教授，博士生导师，Emal:cangdaqiang@metall..nstb.edcn
高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟 郑建春 宗燕兵 苍大强 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 根据铜冷却壁传热过程分析得到铜冷却壁热面复合传热系数的计算公式并在1∶1的热态实验炉上进行了热态实 验得到不同炉气温度下相应的热面复合传热系数值．建立了铜冷却壁三维数学模型模拟铜冷却壁在几种不同的热面边界 条件下的温度场分布．通过与热态实验结果对比分析可知热面复合传热系数不能取恒定值需要考虑炉气温度变化的影响． 通过模拟结果计算壁体热流密度的分布还可得到热面渣皮的厚度的变化范围． 关键词 铜冷却壁；热态实验；传热系数；温度场；数值模拟 分类号 TF066∙7 Thermal test and numerical simulation of the temperature field of a blast furnace copper stave ZHENG JianchunZONG Y anbingCA NG Daqiang School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT An expression of combined heat transfer coefficient was obtained based on the heat transfer analysis of a blast furnace copper staveand the combined heat transfer coefficients at different gas temperatures were obtained through the thermal test in an experimental furnace．A three-dimensional mathematical model was established for the copper staveand the distribution of temperature field was simulated under different boundary conditions．Comparing the result of simulation with that of the thermal testthe combined heat transfer coefficient should not be a constant but a variable dependant on gas temperature．T he distribution of heat flux density in the copper stave and the change range of slag thickness on hot-face were derived from the result of simulation． KEY WORDS copper stave；thermal test；heat transfer coefficient；temperature field；numerical simulation 收稿日期：2007-07-09 修回日期：2007-08-23 作者简介：郑建春（1977—）男博士研究生；苍大强（1949—）男教授博士生导师E-mail：cangdaqiang＠metall．ustb．edu．cn 高炉长寿是当代炼铁技术进步的重要标志和组 成部分．高炉炉腹和炉身下部热流冲击很大工作 环境十分恶劣是高炉长寿的限制性环节；但决定其 寿命的主要因素是该部位冷却器及炉衬耐火材料的 寿命．相对于铸铁冷却壁铜冷却壁以其导热系数 大、热阻小、工作稳定、可使用普通耐火材料、使用寿 命长等优点已成为新型的冷却设备但需要采取一 系列手段对其热态性能进行测试．在热态实验的基 础上通过计算机模拟铜冷却壁的热态性能周期 短成本低适用性强因此成为测试高炉铜冷却壁 热态性能的主要手段． 北京科技大学与汕头华兴冶金备件厂合作在 汕头建立冷却壁热态实验基地对铜冷却壁热态特 性进行测试并在此基础上对其热态性能进行计算 机模拟． 1 铜冷却壁热态实验及热面复合传热系 数的计算 在数值模拟中影响结果准确性的重要因素就 是模型和边界条件的准确性．在对热态实验的铜冷 却壁温度场数值模拟中炉气温度、铜冷却壁几何参 数、铜冷却壁和耐火材料的热力学参数、冷却水的流 速和热力学参数等都可测量得到影响其温度场分 布最重要的边界条件就是铜冷却壁热面和高温炉气 之间的复合传热系数． 热态实验用铜冷却壁材质为轧制铜板外形尺 第30卷 第8期 2008年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．8 Aug．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．08．015
第8期 郑建春等：高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟 .939 寸为874mm×126mm×2100mm(宽×厚×高)，沿 tw为铜冷却壁热面温度，℃；F为辐射传热面积，与 壁体高度方向共有四条复合扁孔形冷却水通道，由 对流传热面积相同，m2;c为冷却水的平均比热容， 钻孔加工而成，截面形状如图1所示，冷却水通道 kkg1.℃-1；t1为冷却水进水温度，℃：t2为冷却 中心距离冷面40mm,间距220mm,在壁体宽度方 水出水温度，℃；m为冷却水的质量流量，kgs; 向上均匀分布，铜冷却壁热面不挂渣，燕尾槽中填 ,为冷却水流速，ms1;S为铜冷却壁冷却水通道 充耐火材料 的横截面积，m2;p为冷却水密度，kgm-3.4= IS.S 9.3十0.058t,Wm-2.℃-1；t.为铜冷却壁冷面 温度，℃；t4为空气温度，℃. 把相应数据代入式(1)，则 af(t一tw)cwSP(t2一t1)十a4F(tw'一t4), 425 可得： 图1铜冷却壁冷却水通道截面图（单位：mm) a=COS0(12-11)as(i-1) Fig.I Section of a cooling channel of the copper stave (unit:mm) F(tf一tw)（t一tw) (2) 热态实验系统采用北京科技大学与汕头华兴冶 α的计算公式中各个参数都可通过热态实验测量得 金备件厂联合研制开发的高炉冷却壁热态实验台， 到.当炉气温度为1200℃时，在不同冷却水流速下 该系统主要由冷却壁实验炉、油（煤）燃烧室、水循环 多次实验，可得到热面复合传热系数的平均值为 系统及数据采集系统四部分组成[】.实验炉结构 336.3Wm-2.℃-1 示意图如图2所示， 2铜冷却壁温度场模拟 烟气 数值模拟软件为ANSYS,为了简化计算，铜冷 却壁的三维模型可简化为如图3所示， 热电偶热电偶 冷却水通道 出水 耐火材料 热电偶 进水 冷却 热面 燃烧室 777777777777p7777777777777777777777777777777777 L 冷面 试验室 图2冷却壁热态实验炉示意图 Fig.2 Experimental furnace for the thermal test of a cooling stave 铜冷却骏 图3铜冷却壁三维计算模型 炉气与铜冷却壁热面之间同时存在辐射传热和 Fig.3 Three-dimensional model of the copper stave 对流传热。在高温下，辐射传热量占总传热量的绝 大部分，为了便于计算，可把辐射传热转换为对流 当炉气温度为1200℃，冷却水流速为 传热的形式 2.3ms1时，对铜冷却壁的温度场分布模拟，主要 实验用铜冷却壁的热平衡方程为： 的边界条件包括以下几个方面， Q=f(t-tw)=Q1+Q2=Q3+Q4(1) (1)冷面.空气温度为31℃，则a4=9.3+ 式中，α为铜冷却壁热面和炉气之间的复合传热系 0.058tw=11.098Wm-2.℃-1. 数，Wm一2.℃-1；Q为铜冷却壁热面和炉气之间的 (2)冷却水通道.冷却水平均温度为46.0℃， 总传热量，W;Q1为铜冷却壁热面和炉气之间的辐 冷却水和通道内壁之间的对流换热系数为 射传热量，W;Q2为铜冷却壁热面和炉气之间的对 8866Wm-2.℃-1 流传热量，W;Q3为冷却水从铜冷却壁带走热量， (③)侧面、上部和下部.在高炉生产中，相邻两 W,Q3=cm(t2一t1)=cwSP(t2一t1);Q4为铜冷却 块铜冷却壁之间并无太大温差，因此铜冷却壁侧面 壁冷面（即与空气接触的一侧）和空气之间的对流传 边界条件可视为绝热，在热态实验中，炉墙和铜冷 热量，W,Q4=4F(t一t4);t4为炉气温度，℃； 却壁之间存在一定的温差，但温差较小，而且两者之
寸为874mm×126mm×2100mm（宽×厚×高）沿 壁体高度方向共有四条复合扁孔形冷却水通道由 钻孔加工而成截面形状如图1所示．冷却水通道 中心距离冷面40mm间距220mm在壁体宽度方 向上均匀分布．铜冷却壁热面不挂渣燕尾槽中填 充耐火材料． 图1 铜冷却壁冷却水通道截面图（单位：mm） Fig．1 Section of a cooling channel of the copper stave （unit：mm） 热态实验系统采用北京科技大学与汕头华兴冶 金备件厂联合研制开发的高炉冷却壁热态实验台． 该系统主要由冷却壁实验炉、油（煤）燃烧室、水循环 系统及数据采集系统四部分组成［1—2］．实验炉结构 示意图如图2所示． 图2 冷却壁热态实验炉示意图 Fig．2 Experimental furnace for the thermal test of a cooling stave 炉气与铜冷却壁热面之间同时存在辐射传热和 对流传热．在高温下辐射传热量占总传热量的绝 大部分．为了便于计算可把辐射传热转换为对流 传热的形式． 实验用铜冷却壁的热平衡方程为： Q＝αF（ tf—tw）＝ Q1＋ Q2＝ Q3＋ Q4 （1） 式中α为铜冷却壁热面和炉气之间的复合传热系 数W·m —2·℃—1 ；Q 为铜冷却壁热面和炉气之间的 总传热量W；Q1 为铜冷却壁热面和炉气之间的辐 射传热量W；Q2 为铜冷却壁热面和炉气之间的对 流传热量W；Q3 为冷却水从铜冷却壁带走热量 WQ3＝cm（ t2—t1）＝cv Sρ（ t2— t1）；Q4 为铜冷却 壁冷面（即与空气接触的一侧）和空气之间的对流传 热量WQ4＝α4F（ tw′— t4）；tf 为炉气温度℃； tw 为铜冷却壁热面温度℃；F 为辐射传热面积与 对流传热面积相同m 2 ；c 为冷却水的平均比热容 kJ·kg —1·℃—1 ；t1 为冷却水进水温度℃；t2 为冷却 水出水温度℃；m 为冷却水的质量流量kg·s —1 ； v 为冷却水流速m·s —1 ；S 为铜冷却壁冷却水通道 的横截面积m 2 ；ρ为冷却水密度kg·m —3．α4＝ 9∙3＋0∙058tw′W·m —2·℃—1 ；tw′为铜冷却壁冷面 温度℃；t4 为空气温度℃． 把相应数据代入式（1）则 αF（ tf—tw） cv Sρ（ t2—t1）＋α4F（ tw′—t4） 可得： α＝ cv Sρ（ t2—t1） F（ tf—tw） ＋ α4（ tw′—t4） （ tf—tw） （2） α的计算公式中各个参数都可通过热态实验测量得 到．当炉气温度为1200℃时在不同冷却水流速下 多次实验可得到热面复合传热系数的平均值为 336∙3W·m —2·℃—1． 2 铜冷却壁温度场模拟 数值模拟软件为 ANSYS．为了简化计算铜冷 却壁的三维模型可简化为如图3所示． 图3 铜冷却壁三维计算模型 Fig．3 Three-dimensional model of the copper stave 当 炉 气 温 度 为 1200℃冷 却 水 流 速 为 2∙3m·s —1时对铜冷却壁的温度场分布模拟主要 的边界条件包括以下几个方面． （1） 冷面．空气温度为31℃则 α4＝9∙3＋ 0∙058tw′＝11∙098W·m —2·℃—1． （2） 冷却水通道．冷却水平均温度为46∙0℃ 冷却 水 和 通 道 内 壁 之 间 的 对 流 换 热 系 数 为 8866W·m —2·℃—1． （3） 侧面、上部和下部．在高炉生产中相邻两 块铜冷却壁之间并无太大温差因此铜冷却壁侧面 边界条件可视为绝热．在热态实验中炉墙和铜冷 却壁之间存在一定的温差但温差较小而且两者之 第8期 郑建春等： 高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟 ·939·
.940 北京科技大学学报 第30卷 间传热面积相对于炉气和铜冷却壁之间的换热面积 3铜冷却壁数值模拟的应用 也小得多，因此这部分热量可以忽略 (4)热面.①根据热态实验，a=336.3Wm-2 高炉正常生产时，铜冷却壁热面的耐火材料被 .℃-1.②根据文献[3-4]，a=232Wm-2.℃-1. 完全消耗掉，渣皮直接与铜冷却壁接触，但现有文献 ③根据文献[5]，a=372Wm-2.℃-1.④根据文献 中对渣皮的厚度并没有准确的数据，根据已有的文 [6],采用如下公式计算： 献[8-14]，铸铁冷却壁渣皮厚度有3,10,25,40~ a=1.35(4-tw)/3+ 60,150,200mm等.通过数值模拟的方法，可以确 t+273 4 tm+273 4 定铜冷却壁热面的渣皮厚度，渣皮厚度与铜冷却壁 100 100 (3) 本体各部位温度和热流密度的关系如图5和图6 tr一tw 所示 式中，e为热面的表面黑度，对于耐火材料和铜冷却 200 壁分别计算；Co为黑体辐射常数，5.675Wm-2. 180 K-4 160 铜冷却壁最高温度 把上述四种热面边界条件分别输入模型，将结 140 果与热态实验结果对比后可以发现：前三种热面的 120 铜冷却壁冷却水酒道内壁面平均温度 边界条件下，铜冷却壁热面温度都高于热态实验值 100 70~130℃之间，冷却水通道内壁节点的平均温度 80 铜冷却壁 也远高于热态实验值，即冷却水带走的热量远高于 最低温度 实验值，误差产生的主要原因是热面复合传热系数 % 都未考虑到随温度的变化，对于铸铁冷却壁，其本 40 10 20 30 40 50 体热面和燕尾槽中耐火材料热面的温度相差不大， 渣皮厚度mm 但对于铜冷却壁来说，铜冷却壁热面温度远低于耐 图5渣皮厚度与铜冷却壁温度关系 火材料热面温度，根据热态实验，两者温差在500℃ Fig.5 Relation between slag thickness and temperature of the cop 左右，因此两者的热面复合传热系数也有较大不同 per stave 第④种热面边界条件下的结果如图4所示，模拟结 果与热态实验结果基本吻合，但还有所误差，主要表 200 180 现在铜冷却壁和耐火材料的热面温度略高于热态实 验值，误差产生原因是由于热态实验时，与铜冷却 140 壁四个侧面接触的炉墙温度都高于铜冷却壁本体温 度，向铜冷却壁还传递少量热量， N NODAL SOLUTION 80 STEPEI 出 60 SUB=1 TME■1 40 TEMP (AVG) RSYS=0 20。 0 20 30 40 SN=57128 液皮厚度mm SMX=136.355 图6渣皮厚度与铜冷却壁热流密度关系 Fig.6 Relation between slag thickness and heat flux of the copper stave 高炉不同部位的热流密度不同，因此铜冷却壁 57.128 74.734 9234109.946 127552 热面各个部位的渣皮厚度也不同，考虑到高炉实际 65.931 83.537 101143 118749 136.355 的热流密度值，铜冷却壁热面附着的渣皮的厚度在 图4铜冷却壁温度场分布 5~30mm之间. Fig.4 Distribution of temperature field of the copper stave
间传热面积相对于炉气和铜冷却壁之间的换热面积 也小得多因此这部分热量可以忽略． （4） 热面．①根据热态实验α＝336∙3W·m —2 ·℃—1．②根据文献 ［3—4］α＝232W·m —2·℃—1． ③根据文献［5］α＝372W·m —2·℃—1．④根据文献 ［6］采用如下公式计算： α＝1∙35（ tf—tw） 1／3＋ εC0 tf＋273 100 4 — tw＋273 100 4 tf—tw （3） 式中ε为热面的表面黑度对于耐火材料和铜冷却 壁分别计算；C0 为黑体辐射常数5∙675W·m —2· K —4． 把上述四种热面边界条件分别输入模型将结 果与热态实验结果对比后可以发现：前三种热面的 边界条件下铜冷却壁热面温度都高于热态实验值 70～130℃之间冷却水通道内壁节点的平均温度 也远高于热态实验值即冷却水带走的热量远高于 实验值．误差产生的主要原因是热面复合传热系数 都未考虑到随温度的变化．对于铸铁冷却壁其本 体热面和燕尾槽中耐火材料热面的温度相差不大 但对于铜冷却壁来说铜冷却壁热面温度远低于耐 火材料热面温度根据热态实验两者温差在500℃ 左右因此两者的热面复合传热系数也有较大不同． 第④种热面边界条件下的结果如图4所示．模拟结 果与热态实验结果基本吻合但还有所误差主要表 现在铜冷却壁和耐火材料的热面温度略高于热态实 验值．误差产生原因是由于热态实验时与铜冷却 壁四个侧面接触的炉墙温度都高于铜冷却壁本体温 度向铜冷却壁还传递少量热量． 图4 铜冷却壁温度场分布 Fig．4 Distribution of temperature field of the copper stave 3 铜冷却壁数值模拟的应用 高炉正常生产时铜冷却壁热面的耐火材料被 完全消耗掉渣皮直接与铜冷却壁接触但现有文献 中对渣皮的厚度并没有准确的数据．根据已有的文 献［8—14］铸铁冷却壁渣皮厚度有3102540～ 60150200mm 等．通过数值模拟的方法可以确 定铜冷却壁热面的渣皮厚度．渣皮厚度与铜冷却壁 本体各部位温度和热流密度的关系如图5和图6 所示． 图5 渣皮厚度与铜冷却壁温度关系 Fig．5 Relation between slag thickness and temperature of the copper stave 图6 渣皮厚度与铜冷却壁热流密度关系 Fig．6 Relation between slag thickness and heat flux of the copper stave 高炉不同部位的热流密度不同因此铜冷却壁 热面各个部位的渣皮厚度也不同．考虑到高炉实际 的热流密度值铜冷却壁热面附着的渣皮的厚度在 5～30mm 之间． ·940· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第8期 郑建春等：高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟 .941. model for stave and lining of blast furnace.Iron Steel.1995.30 4结论 (3):6 (吴懋林，王立民，刘述临·高炉冷却壁和炉村的三维传热模 (1)通过对高炉铜冷却壁的传热过程分析，得 型.钢铁，1995,30(3)：6) 到热面复合传热系数的计算公式；通过热态实验，确 [7]Zhou ZZ.A new kind of BF cooling plant:copper stave.Baos- 定当炉气为1200℃时，热面复合传热系数为 teel Technol.2001(1):57 336.3Wm-2.℃-1 (周治中.新型高炉冷却设备：铜冷却壁.宝钢技术，2001(1)： (2)建立铜冷却壁三维模型，模拟不同的热面 57) 边界条件下铜冷却壁的温度场分布，并与热态实验 [8]Helenbrook R G.Roy P E.Water requirements for blast furnace copper staves.Iron Steelmaker,2000(6):45 值对比分析可知：模拟时需要考虑复合传热系数随 [9]Li C X.Water requirements for blast furnace copper staves. 温度变化才能更准确模拟铜冷却壁的温度场分布， Wuhan Iron Steel Corporation Technol.2001(5):57 (3)通过模拟，可确定铜冷却壁热面的渣皮厚 (李常性.高炉铜冷却壁的需水量.武钢技术，2001(5)：57) 度在5~30mm之间. [10]Peter H.Hartmut H.Hans J B.et al.Copper blast furnace staves developed for multiple campaigns.Iron Steel Eng.1992 参考文献 (2):49 [1]Bai H.Cang D Q.Zong Y B.Experimental study on heat trans" [11]Cheng SS.Yang T J,Zuo HB,et al.Design of lower shaft and hearth bottom for long campaign blast furnace.JIron Steel Res, fer characteristic of blast furnace copper stave.Uni Sci Tech- 2004,16(5)：10 nol Beijing.2002.9(4):258 (程素森，杨天均，左海滨，等。高炉炉身下部及炉缸、炉底冷 [2]Shinichi S.Cast copper cooling stave for blast furnace//Ironmak- 却系统的传热学计算.钢铁研究学报，2004,16(5)：10) ing Conference Proceedings.Nashille:The Iron and Steel Soci- ety,2000,59,203 [12]Cheng SS.Yang T J,Yang WG.et al.Analysis of heat trans [3]Robert G.Wolfgang K.Klaus-Henning G.et al.Copper staves fer and temperature field of blast furnace copper stave.Iron Steel,2001,36(2):8 in the blast furnace.Iron Steel Eng.1996(8):30 [4]Helenbrook R G.Cox I J.Grundtishch D F.Utilization of opera- (程素森，杨天均，杨为国等.高炉铜冷却壁传热分析]，钢 铁，2001,36(2)：8) tional data to improve blast furnace cooling system design/AISE [13]Cao C G.Zhou YS.Ye Z C.The cause and preventing measure Annual Conventional.Pittsburgh.1983(9):19 of stave destruction of No.3 BF in Baosteel.Ironmaking. [5]IIIISI IIIKeBHY AC.CrPe Ion KK.peiteH6epr AC.Analysis 2000,19(2):1 of thermodynamies parameters of lining in blast furnace.Steel. (曹传根，周渝生，叶正才.宝钢3号高炉冷却壁破损的原因 1976(3):209 及防止对策.炼铁，2000,19(2)：1) IIIs IIIKeBMY AC,Crpe Hon KK.peiteHbepr AC. TenorexHHyecKHi aHaIH3 ONTHMATIbHOTO COOTHOLeHH [14]YangT J.Cheng SS.Wu Q C.et al.Development of copper naPameTPoB yTePoBKH H CHCTeMbI OxJIaXKaeHHs IaXTbI IOMeHHO cooling stave for blast furnace.Ironmaking,2000.19(5):19 (杨天钧，程素森，吴启常，等.高炉铜冷却壁的研制炼铁， em.Cmab,1976(3):209) 2000,19(5):19) [6]Wu M L.Wang L M.Liu S L.Three-dimensional heat transfer
4 结论 （1） 通过对高炉铜冷却壁的传热过程分析得 到热面复合传热系数的计算公式；通过热态实验确 定当 炉 气 为 1200℃ 时热 面 复 合 传 热 系 数 为 336∙3W·m —2·℃—1． （2） 建立铜冷却壁三维模型模拟不同的热面 边界条件下铜冷却壁的温度场分布并与热态实验 值对比分析可知：模拟时需要考虑复合传热系数随 温度变化才能更准确模拟铜冷却壁的温度场分布． （3） 通过模拟可确定铜冷却壁热面的渣皮厚 度在5～30mm 之间． 参 考 文 献 ［1］ Bai HCang D QZong Y B．Experimental study on heat transfer characteristic of blast furnace copper stave．J Univ Sci Technol Beijing20029（4）：258 ［2］ Shinichi S．Cast copper cooling stave for blast furnace∥ Ironmaking Conference Proceedings．Nashiille：The Iron and Steel Society200059：203 ［3］ Robert GWolfgang KKlaus-Henning Get al．Copper staves in the blast furnace．Iron Steel Eng1996（8）：30 ［4］ Helenbrook R GCox I JGrundtishch D F．Utilization of operational data to improve blast furnace cooling system design∥ AISE A nnual Conventional．Pittsburgh1983（9）：19 ［5］ ПДЯ ШКеВИЧАССтреДоиККФрейденбергАС．Analysis of thermodynamics parameters of lining in blast furnace．Steel 1976（3）：209 （ПДЯ ШКеВИЧ АССтре Дои КК Фрейденберг АС． Теплотехнический анализ оптимального соотношения параметровфутеровкиисистемыохлажденияшахтыдоменной печи．Cmaль1976（3）：209） ［6］ Wu M LWang L MLiu S L．Three-dimensional heat transfer model for stave and lining of blast furnace．Iron Steel199530 （3）：6 （吴懋林王立民刘述临．高炉冷却壁和炉衬的三维传热模 型．钢铁199530（3）：6） ［7］ Zhou Z Z．A new kind of BF cooling plant：copper stave．Baosteel Technol2001（1）：57 （周治中．新型高炉冷却设备：铜冷却壁．宝钢技术2001（1）： 57） ［8］ Helenbrook R GRoy P E．Water requirements for blast furnace copper staves．Iron Steelmaker2000（6）：45 ［9］ Li C X．Water requirements for blast furnace copper staves． W uhan Iron Steel Corporation Technol2001（5）：57 （李常性．高炉铜冷却壁的需水量．武钢技术2001（5）：57） ［10］ Peter HHartmut HHans J Bet al．Copper blast furnace staves developed for multiple campaigns．Iron Steel Eng1992 （2）：49 ［11］ Cheng S SYang T JZuo H Bet al．Design of lower shaft and hearth bottom for long campaign blast furnace．J Iron Steel Res 200416（5）：10 （程素森杨天均左海滨等．高炉炉身下部及炉缸、炉底冷 却系统的传热学计算．钢铁研究学报200416（5）：10） ［12］ Cheng S SYang T JYang W Get al．Analysis of heat transfer and temperature field of blast furnace copper stave． Iron Steel200136（2）：8 （程素森杨天均杨为国等．高炉铜冷却壁传热分析［J］．钢 铁200136（2）：8） ［13］ Cao C GZhou Y SYe Z C．The cause and preventing measure of stave destruction of No．3 BF in Baosteel． Ironmaking 200019（2）：1 （曹传根周渝生叶正才．宝钢3号高炉冷却壁破损的原因 及防止对策．炼铁200019（2）：1） ［14］ Yang T JCheng S SWu Q Cet al．Development of copper cooling stave for blast furnace．Ironmaking200019（5）：19 （杨天钧程素森吴启常等．高炉铜冷却壁的研制．炼铁 200019（5）：19） 第8期 郑建春等： 高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟 ·941·