第1期 贺东风等：炼钢厂钢包热状态跟踪模型 。111 特定条件下的钢包传热分析.利用实测技术和数值 果，各阶段的传热边界条件和能量方程各异，分述 模拟相结合的综合研究法，开发钢包热传热模型是 如下. 一个较优的方法.本文以Q炼钢厂210钢包作为 (1钢包烘烤阶段 研究对象，建立了钢包热状态跟踪模型，并将钢包热 能量平衡方程为： 状态实测和数值模拟技术相结合，利用传热反问题 Q=∑ H (1) 方法修正模型，提高模型的准确度. 钢包边界条件： 1钢包热循环过程 包壁和包底内表面， En Q炼钢厂钢包从砌包到下一次砌包，具体行为 =61=1=e1=Ae:E-A)+ 如图1.当钢包包龄达到120炉时，钢包退出周转， agi(Tg一Tm方 进行新包砌包，完成一个钢包的生命周期 包壁和包底外表面， 砌世 烘烤 等待 烘烤 he Tw-T). 除水分 冷却 预热 (2空包传搁阶段， 钢包外表面边界条件同上，钢包内表面边界条 钢他 在线 等待 快修 烘烤 冷却 离线 件如下： 烘烤 包壁和包底内表面 连铸镇静精炼 运输出钢 。(n-正) 图1钢包周转过程示意图 Ein Fig I Toul tumover of the ldle F (3出钢阶段 2模型建立与修正 钢水能量方程如下： dL 21数学模型 M()C =Cmip[Tn-T(x)】+十 在精炼工序，不管何种精炼方式，钢水被剧烈搅 9n(x)H+(x)H(x)+9(x)H (2) 拌，可认为钢包内的钢水温度是均匀的.因此，精炼 钢包边界条件： 传热机理和钢水静置、传搁过程的机理是一致的，统 包壁和包底内表面， 称为满包传递.钢包在周转过程中，按照钢包传热 T=I(r方 情况可以分为钢包烘烤、空包传递、出钢、满包传递 包壁和包底外表面， 和连铸五个阶段，其中连铸可以看作出钢的逆过程. 4he(Tw-T)片 根据实际情况，为求解方便对各阶段钢包传热 自由表面， 作以下简化假设： 生eo[T(x)-十ase(T(x)-T). (1)忽略钢包各层耐火材料间及耐火材料与钢 连铸阶段为转炉出钢钢包盛钢过程的逆过程， 壳间的接触热阻： 其钢水能量方程和边界条件类似. (2钢包烘烤阶段，燃料燃烧烟气温度分布均 (4满包转运阶段. 匀，且温度、密度和浓度均不变，火焰以对流及辐射 钢水能量方程： 形式向包衬传热： (3渣层、包底视为无限大平板，忽略径向传 Mc亚-9.e)H+ 热，只考虑轴向热流： 9n(x)H+91(x)H1+S (3) (4)忽略熔渣的流动，渣层内部为传导传热： 钢水进行LFRH或LF精炼时，底吹氩、加合 (5出钢阶段，由于出钢时间相对比较短，自由 金、吹氧提温和电极加热等操作造成的热量变化按 表面直接对外传热，忽略未浸入钢水的侧壁传热； 内生热源⑧处理，钢水镇静时S=0满包转运阶 (6出钢阶段，不考虑炉渣的影响. 段钢包内外边界条件与出钢过程类似，钢渣内外表 钢包五个阶段的传热数学模型都是基于导热微 面的边界条件与包壁、包底内外表面类似. 分方程建立的，各阶段的初始条件为上一阶段的结 以上各式中变量含义：为热流密度W。m:第 1期 贺东风等:炼钢厂钢包热状态跟踪模型 特定条件下的钢包传热分析 .利用实测技术和数值 模拟相结合的综合研究法, 开发钢包热传热模型是 一个较优的方法 .本文以 Q炼钢厂 210 t钢包作为 研究对象 ,建立了钢包热状态跟踪模型 ,并将钢包热 状态实测和数值模拟技术相结合, 利用传热反问题 方法修正模型 ,提高模型的准确度 . 1 钢包热循环过程 Q炼钢厂钢包从砌包到下一次砌包, 具体行为 如图 1.当钢包包龄达到 120炉时 ,钢包退出周转, 进行新包砌包 ,完成一个钢包的生命周期. 图 1 钢包周转过程示意图 Fig.1 Totalturnoveroftheladle 2 模型建立与修正 2.1 数学模型 在精炼工序,不管何种精炼方式,钢水被剧烈搅 拌, 可认为钢包内的钢水温度是均匀的.因此 ,精炼 传热机理和钢水静置、传搁过程的机理是一致的 ,统 称为满包传递 .钢包在周转过程中, 按照钢包传热 情况可以分为钢包烘烤 、空包传递、出钢 、满包传递 和连铸五个阶段,其中连铸可以看作出钢的逆过程. 根据实际情况 ,为求解方便,对各阶段钢包传热 作以下简化假设: (1)忽略钢包各层耐火材料间及耐火材料与钢 壳间的接触热阻; (2)钢包烘烤阶段, 燃料燃烧烟气温度分布均 匀, 且温度 、密度和浓度均不变, 火焰以对流及辐射 形式向包衬传热; (3)渣层、包底视为无限大平板, 忽略径向传 热, 只考虑轴向热流 ; (4)忽略熔渣的流动 ,渣层内部为传导传热; (5)出钢阶段,由于出钢时间相对比较短, 自由 表面直接对外传热 ,忽略未浸入钢水的侧壁传热 ; (6)出钢阶段,不考虑炉渣的影响. 钢包五个阶段的传热数学模型都是基于导热微 分方程建立的 ,各阶段的初始条件为上一阶段的结 果 ,各阶段的传热边界条件和能量方程各异, 分述 如下. (1)钢包烘烤阶段 . 能量平衡方程为 : Qg =∑ qg-iHi (1) 钢包边界条件: 包壁和包底内表面, qg-i=σ εin 1 -(1 -εin)(1 -Ain) (εgT 4 g -AinT 4 in)+ αg-i(Tg -Tin); 包壁和包底外表面, q=hi-e(Tiw -Te). (2)空包传搁阶段 . 钢包外表面边界条件同上, 钢包内表面边界条 件如下 : 包壁和包底内表面, q= σ(T 4 in -T 4 e) 1 -εin εin + 1 Fin . (3)出钢阶段 . 钢水能量方程如下: Ms(τ)Cs dTs dτ =Csπr 2 0vρs[ Tin -Ts(τ)] + qVn(τ)HV +qBn(τ)HB(τ)+qf(τ)Hf (2) 钢包边界条件: 包壁和包底内表面, Ti=Ts(τ); 包壁和包底外表面, q=hi-e(Tiw -Te); 自由表面, q=εsσ[ Ts(τ) 4 -T 4 e] +αs-e(Ts(τ)-Te). 连铸阶段为转炉出钢钢包盛钢过程的逆过程 , 其钢水能量方程和边界条件类似. (4)满包转运阶段 . 钢水能量方程: MsCs dTs dτ =qVn(τ)HV + qBn(τ)HB +qsl(τ)Hsl+S (3) 钢水进行 LF、RH或 LF精炼时, 底吹氩、加合 金 、吹氧提温和电极加热等操作造成的热量变化按 内生热源 S 处理 ,钢水镇静时 S =0.满包转运阶 段钢包内外边界条件与出钢过程类似, 钢渣内外表 面的边界条件与包壁 、包底内外表面类似 . 以上各式中变量含义:q为热流密度, W·m -2 ; · 111·