。128 北京科技大学学报 2007年增刊2 20℃.图5所示为炉温分别为1000、1100、1200℃ 当炉温从1081℃上升到1222℃时，镶砖热面温度 左右时冷却壁厚度方向上的温度分布 上升了146℃，铜冷却壁本体热面平均温度上升了 1200 25℃，冷面温度上升了11℃.离热面5mm的肋内 1000 部温度上升了19℃.可见炉温的剧烈波动，对于 800 600F 冷却壁壁体来说，热面温度影响最大，壁体内部次 400 之，冷面波动最小 香 200 ◆一镶砖热面平均温度 I50 ★助热面最高温度 ◆一肋热面平均温度 1300 100 。一冷面平均温度 1200 50 1100 4005006007008009001000110012001300 1000 炉温℃ 900 ◆炉温 ◆一肋热面最高温度 图4不同炉温下冷却壁的温度变化 ◆一镶砖热面最高温度 。一助热面平均温度 一镶砖热面平均温度 ◆一冷面平均温度 150 125 150 100 125 士纳墨8 75 100 ·一炉温1197℃ 13:44 13:5914:1414:29 时刻 75 50 图7热冲击下冷却壁温度变化 33 热冲击实验说明，炉温的剧烈波动势必造成铜 0 0 102030405060708090 冷却壁热面温度增加，从而导致热应力增加，但这种 离冷面距离/mm 剧烈波动产生的热应力不足以对铜冷却壁产生破坏 图5不同炉温下冷却壁厚度方向温度变化 作用.因为炉温增加141℃(40min),铜冷却壁的冷 热面温差仅增加了14℃由此产生的热应力波动是 23.5不同水速下冷却壁的温度分布 很微小的 图6所示为不同水速下冷却壁厚度方向温度分 2.3.7挂渣条件下的热态实验 布.当水速由1.12m/s增加到246m/s,即增加一 高炉操作实践表明：当高炉运行到一定时间后， 倍多，肋热面平均温度和测量点中肋热面最高温度 冷却壁表面的耐火材料由于各种侵蚀及磨损，大部 都仅仅减少了14℃且水速越快肋热面温度降低 分基本上脱落，当耐火材料完全脱落后，由于冷却壁 趋势变缓.一味地增加水速.并不能有效降低冷却 的冷却作用，会在冷却壁表面形成一层渣皮，渣皮对 壁的温度.另外，水速增加一倍，压力损失就将增加 于保护冷却壁起到了重要的作用，为了定量的分析 三倍，因此工业上应选择合理的水速建议在15~ 渣皮层对冷却壁热态性能的影响，我们进行了冷却 2.0m/s. 壁挂渣热态实验 150 由于实验条件的限制，挂渣实验中选用与高炉 120 渣皮导热系数相近的DL-80水泥结合耐火浇注料 100 作为挂渣材料.本实验根据实验情况取渣皮厚度为 黄 75 30mm,分析渣皮厚度较小时冷却壁的传热情况. ◆水速1.12ms 图8所示为水速15m/s时，不同炉温下挂渣 一水速1.76m31 。-水速2.46m.s1 和不挂渣两种情况冷却壁热面热流密度和离肋热面 00 10 30405060 7080 90 5mm处肋温度的比较.由图可见，当冷却壁热面涂 离冷面距离mm 上30mm厚的渣皮层时，热流密度非常小，且随炉 温变化较小，即使炉温在1200℃以上，热流密度才 图6不同水速下冷却壁厚度方向温度变化 21kW/m2,此时离肋热面5mm处肋的温度在30~ 2.3.6热冲击下冷却壁的温度分布 40℃之间，仅为裸露的冷却壁相同位置温度值的一 图7是模拟高炉炉况不稳定和边缘气流发展时 半.可见一定厚度的渣皮可以充当“耐火材料”，减 冷却壁温度变化情况，从图可以看到，在40min内 少了热流密度，很好地保护了铜冷却壁.20 ℃.图 5 所示为炉温分别为 1 000 、1 100 、1 200 ℃ 左右时冷却壁厚度方向上的温度分布. 图 4 不同炉温下冷却壁的温度变化 图 5 不同炉温下冷却壁厚度方向温度变化 2.3.5 不同水速下冷却壁的温度分布 图 6 所示为不同水速下冷却壁厚度方向温度分 布.当水速由 1.12 m/ s 增加到 2.46 m/ s, 即增加一 倍多, 肋热面平均温度和测量点中肋热面最高温度 都仅仅减少了 14 ℃, 且水速越快, 肋热面温度降低 趋势变缓.一味地增加水速, 并不能有效降低冷却 壁的温度.另外,水速增加一倍, 压力损失就将增加 三倍, 因此工业上应选择合理的水速, 建议在 1.5 ～ 2.0 m/s . 图 6 不同水速下冷却壁厚度方向温度变化 2.3.6 热冲击下冷却壁的温度分布 图 7 是模拟高炉炉况不稳定和边缘气流发展时 冷却壁温度变化情况 , 从图可以看到, 在 40 min 内 当炉温从 1 081 ℃上升到 1 222 ℃时 ,镶砖热面温度 上升了 146 ℃,铜冷却壁本体热面平均温度上升了 25 ℃,冷面温度上升了 11 ℃.离热面 5 mm 的肋内 部温度上升了 19 ℃.可见, 炉温的剧烈波动, 对于 冷却壁壁体来说 , 热面温度影响最大, 壁体内部次 之 ,冷面波动最小 . 图7 热冲击下冷却壁温度变化 热冲击实验说明, 炉温的剧烈波动势必造成铜 冷却壁热面温度增加, 从而导致热应力增加,但这种 剧烈波动产生的热应力不足以对铜冷却壁产生破坏 作用 .因为炉温增加 141 ℃(40 min),铜冷却壁的冷 热面温差仅增加了 14 ℃,由此产生的热应力波动是 很微小的. 2.3.7 挂渣条件下的热态实验 高炉操作实践表明 :当高炉运行到一定时间后, 冷却壁表面的耐火材料由于各种侵蚀及磨损 ,大部 分基本上脱落,当耐火材料完全脱落后,由于冷却壁 的冷却作用 ,会在冷却壁表面形成一层渣皮,渣皮对 于保护冷却壁起到了重要的作用, 为了定量的分析 渣皮层对冷却壁热态性能的影响, 我们进行了冷却 壁挂渣热态实验. 由于实验条件的限制 ,挂渣实验中选用与高炉 渣皮导热系数相近的 DL-80 水泥结合耐火浇注料 作为挂渣材料.本实验根据实验情况取渣皮厚度为 30 mm ,分析渣皮厚度较小时冷却壁的传热情况. 图 8 所示为水速 1.5 m/ s 时 , 不同炉温下挂渣 和不挂渣两种情况冷却壁热面热流密度和离肋热面 5 mm 处肋温度的比较.由图可见 ,当冷却壁热面涂 上 30 mm 厚的渣皮层时, 热流密度非常小, 且随炉 温变化较小, 即使炉温在 1 200 ℃以上, 热流密度才 21 kW/m 2 ,此时离肋热面 5 mm 处肋的温度在 30 ～ 40 ℃之间 ,仅为裸露的冷却壁相同位置温度值的一 半 .可见一定厚度的渣皮可以充当“耐火材料” , 减 少了热流密度,很好地保护了铜冷却壁. · 128 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2