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 ·395 槽内镶砖完全被炉渣取代时，炉渣热导率仅有1.2W· 110 渣皮厚度+5mm←15mm大25mm士 35mm ◆-45mm←55mm-65mm-75mm-★ 85 mm m1.K1,壁体热应力将达到48.56MPa:而燕尾槽内 ★ 100 保留有热导率为15Wm·K的镶砖时，热应力降低 90 至11.36MPa,约为前者的1/5.这是因为在冷却壁筋 肋位置和镶砖位置，镶砖和铜的热导率差异导致筋肋 80 边缘与中心存在较大的温度差，且渣皮越薄，温差越 70 大，因而形成较大的热应力.当燕尾槽内采用热导率 60 较高的镶砖时，燕尾槽位置与筋肋位置温差减小，因而 冷却壁内的温度梯度减小，热应力降低.由该图同时 50 可以看出，镶砖热导率由5W·m·K提升至10W· 5 30 35 40 m1.K-,壁体热应力由23.54MPa降低至14.74MPa, 冷却水温度℃ 降低了8.8MPa;而镶砖热导率继续由l0W·ml.K 图7冷却水温度变化对壁体热应力的影响 提升至15W·m1·K,壁体热应力由14.74MPa降低 Fig.7 Influence of water temperature on the stress of the stave body 至11.36MPa,降低了3.38MPa.这说明虽然较高的镶 全被炉渣取代的工况（炉渣热导率远低于镶砖热导 砖热导率对降低冷却壁本体应力有较大作用，但追求 率)，燕尾槽内保留完整的镶砖能显著降低壁体热应 过高的镶砖热导率是没有必要的.考虑到镶砖的成本 力.在渣皮形成初期或渣皮厚度较小时，较高的镶砖 因素，在冷却壁燕尾槽内采用热导率在10~15W· 热导率显得更为必要.以渣皮厚度5mm为例，当燕尾 mK之间且寿命较长的镶砖较为合理 55f (a) b) 。渣层厚度5mm 15 50 ◆渣层厚度15mm 12 渣层厚度+25mm←-35mm女45mm T55mm◆65mm←75mm◆-85mm 35 元 6 25 25 30 35 40 45 25 30 35 40 45 冷却水温度℃ 冷却水温度℃ 图8冷却水温度变化对渣一砖界面应力值的影响 Fig.8 Influence of water temperature on the stress of the slag-brick interface 100 5 (b) 镀砖热导率12Wm1.K 40 镶砖热导率5.0W·m1,K- 8 35 镶砖热导率10.0W·m1K- 0 镶砖热导率15.0W·mlK 30 50 40 30 -镶砖热导率12W·ml.K1 15 ·一攘砖热导率5.0W·m.K 20 10 一襲砖热导率10.0W·mK1 一镶砖热导率15.0W·m1·K1 5 0 102030405060708090 0102030405060708090 渣层厚度/mm 渣层厚度/mm 图9镶砖热导率变化对壁体()及渣一砖界面(b)热应力的影响 Fig.9 Influence of the heat conductivity of insert bricks on the stress of the stave body (a)and the slag-brick interface (b) 由图9(b)可看出，在渣皮厚度低于35mm时，燕 面处的应力值，增强挂渣稳定性.当燕尾槽内镶砖被 尾槽内保留有完整的镶砖时可显著降低炉渣一镶砖界 炉渣取代时，渣皮厚度达到45mm以上时，渣-砖界面李峰光等: 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 7 冷却水温度变化对壁体热应力的影响 Fig． 7 Influence of water temperature on the stress of the stave body 全被炉渣取代的工况( 炉渣热导率远低于镶砖热导 率) ，燕尾槽内保留完整的镶砖能显著降低壁体热应 力． 在渣皮形成初期或渣皮厚度较小时，较高的镶砖 热导率显得更为必要． 以渣皮厚度 5 mm 为例，当燕尾 槽内镶砖完全被炉渣取代时，炉渣热导率仅有 1. 2 W· m － 1·K － 1，壁体热应力将达到 48. 56 MPa; 而燕尾槽内 保留有热导率为 15 W·m － 1·K － 1的镶砖时，热应力降低 至 11. 36 MPa，约为前者的 1 /5． 这是因为在冷却壁筋 肋位置和镶砖位置，镶砖和铜的热导率差异导致筋肋 边缘与中心存在较大的温度差，且渣皮越薄，温差越 大，因而形成较大的热应力． 当燕尾槽内采用热导率 较高的镶砖时，燕尾槽位置与筋肋位置温差减小，因而 冷却壁内的温度梯度减小，热应力降低． 由该图同时 可以看出，镶砖热导率由 5 W·m － 1·K － 1 提升至 10 W· m － 1·K － 1，壁体热应力由 23. 54 MPa 降低至 14. 74 MPa， 降低了 8. 8 MPa; 而镶砖热导率继续由 10 W·m － 1·K － 1 提升至 15 W·m － 1·K － 1，壁体热应力由 14. 74 MPa 降低 至 11. 36 MPa，降低了 3. 38 MPa． 这说明虽然较高的镶 砖热导率对降低冷却壁本体应力有较大作用，但追求 过高的镶砖热导率是没有必要的． 考虑到镶砖的成本 因素，在冷却壁燕尾槽内采用热导率在 10 ～ 15 W· m － 1·K － 1之间且寿命较长的镶砖较为合理． 图 8 冷却水温度变化对渣--砖界面应力值的影响 Fig． 8 Influence of water temperature on the stress of the slag--brick interface 图 9 镶砖热导率变化对壁体( a) 及渣--砖界面( b) 热应力的影响 Fig． 9 Influence of the heat conductivity of insert bricks on the stress of the stave body ( a) and the slag--brick interface ( b) 由图 9( b) 可看出，在渣皮厚度低于 35 mm 时，燕 尾槽内保留有完整的镶砖时可显著降低炉渣--镶砖界 面处的应力值，增强挂渣稳定性． 当燕尾槽内镶砖被 炉渣取代时，渣皮厚度达到 45 mm 以上时，渣--砖界面 · 593 ·