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 Jianchun‚ZONG Y anbing‚CA NG Daqiang School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚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．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