李峰光等：变渣皮厚度条件下铜冷却壁应力分布规律及挂渣稳定性 ·397 250间炉渣热膨胀系数 b 炉渣热膨胀系数 -2.7×106mK ◆4.7×10imK-1 100 。-2.7×106mK 200 ←6.7×106m-K- 4.7×10m-K 80 ▲6.7×106mK-l 8.7×10imK-l 8.7×10◆mKl 150 ◆10.7×10m-K-1 60 ◆10.7x10mK- ◆ 40 20 50 0102030405060.708090 0102030405060708090 渣层厚度mm 渣层厚度/mm 图11炉渣热膨胀系数变化对壁体(a)和渣一砖界面(b)应力的影响 Fig.11 Influence of the thermal expansion coefficient of slag coating on the stress of the stave body (a)and the slag-brick interface (b) 11(b)所示.而炉渣的热膨胀系数越小，该界面处应力 (6)从保证铜冷却壁本体应力并增强铜冷却壁挂 值越小且波动范围越小.在炉渣热膨胀系数为1.07× 渣稳定性的角度出发，铜冷却壁在实际应用中应尽量 10-5mK-时，渣皮厚度由5mm增大至45mm时，界 保证稳定的煤气温度和冷却水流速，宜根据治炼条件 面应力从106.63MPa降低至5.81MPa,降幅达到 选择合适且寿命较长的镶砖，在条件允许的情况下，通 100.82MPa:而炉渣热膨胀系数为2.7×10-6m-K 过配料调整使炉渣热膨胀系数较低且维持渣皮厚度在 时，界面应力相应从29.14MPa降低至4.75MPa,降幅 合理范围内 为24.39MPa.这说明较小的炉渣热膨胀性有利于在 渣皮形成初期降低炉渣一镶砖交界面处的应力值并降 参 考文献 低渣皮增厚过程中应力值的波动，有利于渣皮的稳定 [Ganguly A,Reddy A S,Kumar A.Process visualization and diag- 3结论 nostic models using real time data of blast fumaces at Tata Steel. 1S0m,2010,50(7):1010 (1)铜冷却壁本体应力及炉渣一镶砖交界面处应 Yeh C P,Ho C K,Yang R J.Conjugate heat transfer analysis of 力均随着煤气温度的升高而线性升高.在渣皮厚度大 copper staves and sensor bars in a blast furnace for various refrac- 于15mm时，煤气温度的波动易导致冷却壁疲劳损坏： tory lining thickness.Int Commun Heat Mass Transfer,2012,39 在渣皮厚度较小（小于25mm)时，煤气温度的变化将 (1):58 明显破坏铜冷却壁挂渣稳定性 B]Zhu R L,Ju QZ.Operation conditions of copper cooling stave for (2)冷却壁本体应力值及炉渣一镶砖界面应力值 blast fumnace and suggestion.Ironmaking,2012,31(4):10 (朱仁良，居勒章.铜冷却壁高炉操作现象及思考.炼铁， 随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势，为保证 2012,31(4):10) 铜冷却壁寿命及稳定挂渣，渣皮厚度应维持在30~60 [4]Wang B H,Zhang H Y,Che Y M.Heat load management of cop- mm之间. per cooling stave for BF in Anshan Iron and Steel Co.Ltd (3)冷却水流速的增大会导致冷却壁本体应力值 Ironmaking,2008,27(2):1 小幅增大.渣皮厚度在15mm以下时，增大水速导致 (王宝海，张洪宇，车玉满.鞍钢铜冷却壁高炉的热负荷管 挂渣稳定性降低：当渣皮厚度大于25mm时，增大水速 理.炼铁，2008,27(2)：1) 又会使挂渣稳定性增强.冷却水温度的升高会微弱地 Zhang HS,Ma H B.Chen J,et al.The practice of copper cool- ing stave application for Shougang No.2 BF/Proceedings of the 降低冷却壁本体应力，但同时会导致挂渣稳定性显著 5th International Congress on the Science and Technology of Iron- 下降. making.Shanghai,2009:887 (4)提高铜冷却壁镶砖热导率有利于增强铜冷却 6 Zuo H B,Hong J.Zhang JL,et al.Numerical simulation of tem- 壁对渣皮厚度变化的适应性：镶砖热膨胀系数越小，越 perature field of BF cooling staves of different materials under dif- 利于铜冷却壁长寿.在实际生产中应选用热导率在 ferent conditions.J Wuhan Univ Sci Technol,2014,37 (2):102 10~15Wm1.℃之间，热膨胀系数相对较小且寿命 (左海滨，洪军，张建良，等.不同工况下各种材质高炉冷却 较长的镶砖 壁温度场数值模拟.武汉科技大学学报，2014,37(2)：102) ] (5)炉渣热膨胀系数越小，冷却壁本体应力及炉 Zuo H B,Zhang JL Li F G.Damage reason analysis of copper cooing stave /Materials Science and Technology Conference and 渣一镶砖界面应力越小且二者随渣皮厚度变化而产生 Exhibition 2013.Montreal,2013:574 的波动越小，越有利于铜冷却壁长寿和稳定挂渣 [8]Li FG,Zhang JL.Calculation model of the adherent dross capac-李峰光等: 变渣皮厚度条件下铜冷却壁应力分布规律及挂渣稳定性 图 11 炉渣热膨胀系数变化对壁体( a) 和渣--砖界面( b) 应力的影响 Fig． 11 Influence of the thermal expansion coefficient of slag coating on the stress of the stave body ( a) and the slag--brick interface ( b) 11( b) 所示． 而炉渣的热膨胀系数越小，该界面处应力 值越小且波动范围越小． 在炉渣热膨胀系数为 1. 07 × 10 － 5 m·K － 1时，渣皮厚度由 5 mm 增大至 45 mm 时，界 面应 力 从 106. 63 MPa 降 低 至 5. 81 MPa，降 幅 达 到 100. 82 MPa; 而炉渣热膨胀系数为 2. 7 × 10 － 6 m·K － 1 时，界面应力相应从 29. 14 MPa 降低至 4. 75 MPa，降幅 为 24. 39 MPa． 这说明较小的炉渣热膨胀性有利于在 渣皮形成初期降低炉渣--镶砖交界面处的应力值并降 低渣皮增厚过程中应力值的波动，有利于渣皮的稳定． 3 结论 ( 1) 铜冷却壁本体应力及炉渣--镶砖交界面处应 力均随着煤气温度的升高而线性升高． 在渣皮厚度大 于 15 mm 时，煤气温度的波动易导致冷却壁疲劳损坏; 在渣皮厚度较小( 小于 25 mm) 时，煤气温度的变化将 明显破坏铜冷却壁挂渣稳定性． ( 2) 冷却壁本体应力值及炉渣--镶砖界面应力值 随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势，为保证 铜冷却壁寿命及稳定挂渣，渣皮厚度应维持在 30 ～ 60 mm 之间． ( 3) 冷却水流速的增大会导致冷却壁本体应力值 小幅增大． 渣皮厚度在 15 mm 以下时，增大水速导致 挂渣稳定性降低; 当渣皮厚度大于 25 mm 时，增大水速 又会使挂渣稳定性增强． 冷却水温度的升高会微弱地 降低冷却壁本体应力，但同时会导致挂渣稳定性显著 下降． ( 4) 提高铜冷却壁镶砖热导率有利于增强铜冷却 壁对渣皮厚度变化的适应性; 镶砖热膨胀系数越小，越 利于铜冷却壁长寿． 在实际生产中应选用热导率在 10 ～ 15 W·m － 1·℃ － 1之间，热膨胀系数相对较小且寿命 较长的镶砖． ( 5) 炉渣热膨胀系数越小，冷却壁本体应力及炉 渣--镶砖界面应力越小且二者随渣皮厚度变化而产生 的波动越小，越有利于铜冷却壁长寿和稳定挂渣． ( 6) 从保证铜冷却壁本体应力并增强铜冷却壁挂 渣稳定性的角度出发，铜冷却壁在实际应用中应尽量 保证稳定的煤气温度和冷却水流速，宜根据冶炼条件 选择合适且寿命较长的镶砖，在条件允许的情况下，通 过配料调整使炉渣热膨胀系数较低且维持渣皮厚度在 合理范围内． 参 考 文 献 ［1］ Ganguly A，Ｒeddy A S，Kumar A． Process visualization and diag￾nostic models using real time data of blast furnaces at Tata Steel． ISIJ Int，2010，50( 7) : 1010 ［2］ Yeh C P，Ho C K，Yang Ｒ J． Conjugate heat transfer analysis of copper staves and sensor bars in a blast furnace for various refrac￾tory lining thickness． Int Commun Heat Mass Transfer，2012，39 ( 1) : 58 ［3］ Zhu Ｒ L，Ju Q Z． Operation conditions of copper cooling stave for blast furnace and suggestion． Ironmaking，2012，31( 4) : 10 ( 朱仁良，居勤章． 铜冷却壁高炉操作现象及思考． 炼 铁， 2012，31( 4) : 10) ［4］ Wang B H，Zhang H Y，Che Y M． Heat load management of cop￾per cooling stave for BF in Anshan Iron and Steel Co． Ltd． Ironmaking，2008，27( 2) : 1 ( 王宝海，张洪宇，车玉满． 鞍钢铜冷却壁高炉的热负荷管 理． 炼铁，2008，27( 2) : 1) ［5］ Zhang H S，Ma H B，Chen J，et al． The practice of copper cool￾ing stave application for Shougang No． 2 BF / / Proceedings of the 5th International Congress on the Science and Technology of Iron￾making． Shanghai，2009: 887 ［6］ Zuo H B，Hong J，Zhang J L，et al． Numerical simulation of tem￾perature field of BF cooling staves of different materials under dif￾ferent conditions． J Wuhan Univ Sci Technol，2014，37( 2) : 102 ( 左海滨，洪军，张建良，等． 不同工况下各种材质高炉冷却 壁温度场数值模拟． 武汉科技大学学报，2014，37( 2) : 102) ［7］ Zuo H B，Zhang J L，Li F G． Damage reason analysis of copper cooing stave / / Materials Science and Technology Conference and Exhibition 2013． Montreal，2013: 574 ［8］ Li F G，Zhang J L． Calculation model of the adherent dross capac- · 793 ·