D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.04.034 第30卷第4期 北京科技大学学报 Vol.30 No.4 2008年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2008 高炉铸钢冷却壁温度和应变分布热态实验研究 潘宏伟) 程树森)吴狄峰)宁晓钓)朱童斌)李小静) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)马鞍山钢铁股份有限公司第二机械设备制造公司，马鞍山243201 摘要为了研究铸钢冷却壁的高温工作性能，通过热态实验测试了铸钢冷却壁温度场分布，并首次在铸钢冷却壁上安装了 应变片，对其冷面的应变分布进行了研究.在炉温1100℃无渣皮条件下，铸钢冷却壁热面最高温度在600℃左右，低于铸钢 相变温度：冷面中心线部位应变在一5×10-左右，四周平均应变在一3×10-左右.对冷却水管进行了热阻分析，证实了冷却 水管与基体之间融合充分，不存在气隙·验证了铸钢特殊的屈服现象，其在热冲击后应变分布得到明显改善 关键词铸钢冷却壁；应变场：温度场：热阻分析：热态实验 分类号TF321.4 Temperature field and strain distribution of BF cast-steel cooling staves by hot test PAN Hongwei,CHENG Shusen).WU Difeng,NING Xiaojun),ZHU Tongbin2).LI Xiaojing2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)The Second Mechanical Equipment Manufacture Company,Maanshan Iron and Steel Co.Ltd.,Maanshan 243201,China ABSTRACI In order to study the working performance of cast-steel cooling staves at high temperature,the temperature field was investigated by hot test.The strain distribution on the cool face of the stave was studied for the first time by installing strain gauges. The highest temperature on the hot face of the stave was about 600C,which is lower than the transformation temperature of cast- steel.The strain was about-5X10 at the centre of the cool face.while the average strain all around was-3X10.The heat resistance of the cooling pipe was analyzed.It was verified that the cooling pipe was fused well with the stave body,which means no gaps between them.The special yield phenomenon of cast-steel was validated that the strain distribution would be visibly improved af- ter the thermal shock· KEY WORDS cast-steel cooling stave:strain distribution:temperature field:heat resistance analysis:hot test 为了延长高炉冷却壁寿命，增加企业效益，冷却 热阻相当大的部分)，是影响其冷却效果的限制性 壁一直是广大炼铁工作者的研究对象，其寿命是决 因素，在此基础上开发了轧制铜板钻孔冷却壁，消 定高炉长寿的根本性因素山.当前高炉普遍采用的 除了冷却水管与壁体之间的间隙，但其价格相对较 冷却壁材质主要包括球墨铸铁、铜和铸钢三大类型， 高).通过国外大量的实际应用，以及大量的计 过去高炉冷却系统的设计是根据经验或破损调查， 算传热学的理论研究，不断对其进行结构参数的优 随着计算技术及传热学理论及其应用的不断发展， 化，尤其是椭圆形冷却水通道的应用，大大增强了其 加之人们对冷却器认识的不断深化，应用传热学数 冷却效果门：在保证铸造工艺良好的条件下，铸钢 值计算对冷却器进行结构参数优化已经成为可 冷却壁以其延伸率高、抗拉强度高、熔点高、热冲击 能[]，传输原理、非线性理论和计算技术的飞速发 性能好以及导热性较好的特点，也已经受到了广泛 展为高炉过程的定量化描述提供了条件刷，通过热 关注⑧.自2001年起，在马钢、济钢、杭钢、天铁及 态实验和计算传热学的研究，发现了铸铁冷却壁在 宣钢等钢铁企业已大面积应用铸钢冷却壁，由于铸 冷却水管与基体之间产生的气隙热阻占整个冷却壁 钢冷却壁应用时间相对较短，还没有一代炉龄的总 收稿日期：2007-02-20修回日期：2007-05-31 结和经验，基础理论上还缺乏研究，再加上各大钢厂 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。~60672145) 的使用条件不一样，使得铸钢冷却壁的使用情况不 作者简介：潘宏伟(1984一)男，硕士研究生：程树森(1964一)男， 是非常令人满意，因此，有必要对铸钢冷却壁的导 教授，博士生导师，E-mail:chengsusen(@mct,ustb.edu.cn 热性能、应变等方面进行研究，以期对铸钢冷却壁今高炉铸钢冷却壁温度和应变分布热态实验研究 潘宏伟1） 程树森1） 吴狄峰1） 宁晓钧1） 朱童斌2） 李小静2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 马鞍山钢铁股份有限公司第二机械设备制造公司‚马鞍山243201 摘 要 为了研究铸钢冷却壁的高温工作性能‚通过热态实验测试了铸钢冷却壁温度场分布‚并首次在铸钢冷却壁上安装了 应变片‚对其冷面的应变分布进行了研究．在炉温1100℃无渣皮条件下‚铸钢冷却壁热面最高温度在600℃左右‚低于铸钢 相变温度；冷面中心线部位应变在－5×10－4左右‚四周平均应变在－3×10－4左右．对冷却水管进行了热阻分析‚证实了冷却 水管与基体之间融合充分‚不存在气隙．验证了铸钢特殊的屈服现象‚其在热冲击后应变分布得到明显改善． 关键词 铸钢冷却壁；应变场；温度场；热阻分析；热态实验 分类号 TF321∙4 Temperature field and strain distribution of BF cast-steel cooling staves by hot test PA N Hongwei 1）‚CHENG Shusen 1）‚W U Difeng 1）‚NING Xiaojun 1）‚ZHU Tongbin 2）‚LI Xiaojing 2） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） The Second Mechanical Equipment Manufacture Company‚Maanshan Iron and Steel Co．Ltd．‚Maanshan243201‚China ABSTRACT In order to study the working performance of cast-steel cooling staves at high temperature‚the temperature field was investigated by hot test．T he strain distribution on the cool face of the stave was studied for the first time by installing strain gauges． T he highest temperature on the hot face of the stave was about 600℃‚which is lower than the transformation temperature of cast￾steel．T he strain was about －5×10－4at the centre of the cool face‚while the average strain all around was －3×10－4．T he heat resistance of the cooling pipe was analyzed．It was verified that the cooling pipe was fused well with the stave body‚which means no gaps between them．T he special yield phenomenon of cast-steel was validated that the strain distribution would be visibly improved af￾ter the thermal shock． KEY WORDS cast-steel cooling stave；strain distribution；temperature field；heat resistance analysis；hot test 收稿日期：2007-02-20 修回日期：2007-05-31 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．60672145） 作者简介：潘宏伟（1984－）‚男‚硕士研究生；程树森（1964－）‚男‚ 教授‚博士生导师‚E-mail：chengsusen＠metall．ustb．edu．cn 为了延长高炉冷却壁寿命‚增加企业效益‚冷却 壁一直是广大炼铁工作者的研究对象‚其寿命是决 定高炉长寿的根本性因素［1］．当前高炉普遍采用的 冷却壁材质主要包括球墨铸铁、铜和铸钢三大类型． 过去高炉冷却系统的设计是根据经验或破损调查‚ 随着计算技术及传热学理论及其应用的不断发展‚ 加之人们对冷却器认识的不断深化‚应用传热学数 值计算对冷却器进行结构参数优化已经成为可 能［2］‚传输原理、非线性理论和计算技术的飞速发 展为高炉过程的定量化描述提供了条件［3］．通过热 态实验和计算传热学的研究‚发现了铸铁冷却壁在 冷却水管与基体之间产生的气隙热阻占整个冷却壁 热阻相当大的部分［4］‚是影响其冷却效果的限制性 因素．在此基础上开发了轧制铜板钻孔冷却壁‚消 除了冷却水管与壁体之间的间隙‚但其价格相对较 高［5］．通过国外大量的实际应用［6］‚以及大量的计 算传热学的理论研究‚不断对其进行结构参数的优 化‚尤其是椭圆形冷却水通道的应用‚大大增强了其 冷却效果［7］；在保证铸造工艺良好的条件下‚铸钢 冷却壁以其延伸率高、抗拉强度高、熔点高、热冲击 性能好以及导热性较好的特点‚也已经受到了广泛 关注［8］．自2001年起‚在马钢、济钢、杭钢、天铁及 宣钢等钢铁企业已大面积应用铸钢冷却壁‚由于铸 钢冷却壁应用时间相对较短‚还没有一代炉龄的总 结和经验‚基础理论上还缺乏研究‚再加上各大钢厂 的使用条件不一样‚使得铸钢冷却壁的使用情况不 是非常令人满意．因此‚有必要对铸钢冷却壁的导 热性能、应变等方面进行研究‚以期对铸钢冷却壁今 第30卷 第4期 2008年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．4 Apr．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．04．034