刘奇等：铜钢复合冷却壁热变形分析 111 式，即以定位销及螺栓固定于高炉炉壳，设定铜钢复合 2.3物性参数 冷却壁冷面定位销及固定螺栓与炉壳接触界面沿x和 铜钢复合冷却壁热应力分布计算涉及到材料的导 y向位移为零，：向位移与炉壳相同，其他面设定为自 热系数、弹性模量、泊松比、热膨胀系数等物性参数. 由边界 相应材料的物性参数2四如表1所示. 表1材料的导热系数及力学性能 Table 1 Thermal conductivity and mechanical properties of materials 材料名称 温度/℃ 导热系数/(Wml℃1) 弹性模量/GPa 热膨胀系数/(106℃1) 泊松比 17 400 110 17.64 0.34 纯铜 100 380 108 18.00 0.34 300 365 95 18.50 0.34 30 52 206 12.00 0.30 500 42 170 12.00 0.30 钢 1000 31 90 12.00 0.30 1500 31 20 12.00 0.30 200 1.45 21 4.70 0.1 400 1.45 21 4.70 0.1 500 1.50 15 4.70 0.1 耐火材料 700 1.50 15 4.70 0.1 800 1.65 12 4.70 0.1 1100 1.65 12 4.70 0.1 1370 1.65 7 4.70 0.1 填料 0.35 21 4.70 0.1 3热态实验装置和方法 回水箱.铜钢复合冷却壁进水管上安装涡街流量计， 检测冷却水流量.进水管和出水管上分别安装冷却水 通过测试热态实验过程中铜钢复合冷却壁的热应 测温电偶，测量精度为±0.05℃，检测进出水温度.铜 变分布，将热态实验工况下铜钢复合冷却壁热应变计 钢复合冷却壁内部插入镍铬一镍硅热电偶检测壁体温 算值与测量值进行对比分析，验证数学模型的准确性. 度，炉内距铜钢复合冷却壁热面10mm位置均匀布置 铜钢复合冷却壁热态实验系统由热态实验炉、铜钢复 三根铂铑铂热电偶，检测炉温，检测结果直接输出到 合冷却壁、壁体温度、应变检测设备等构成，如图2所 P℃中记录保存.根据以上检测结果，计算得到热态实 示.将铜钢复合冷却壁吊装于热态实验炉炉顶，炉内 验工况下铜钢复合冷却壁温度分布边界条件，为热态 装入焦炭燃料，焦炭燃烧提供高温烟气，垂直冲击铜钢 实验工况下铜钢复合冷却壁热应力计算提供基础 复合冷却壁热面，提供热面热源.冷却水箱内冷却水 数据 由水泵送入壁体冷却水道，与壁体发生对流换热后排 铜钢复合冷却壁冷面粘贴BX120-80AA型电阻 10D 1一热态实验炉：2一铜钢复合冷却壁：3一水箱：4一数据采集系统：5一风机：6一烟道：7一水温计：8一流量计：9一阀门：10一水泵：11一 热电偶 图2铜钢复合冷却壁热态实验系统示意图 Fig.2 Schematic illustration of the thermal experimental system of the copper-steel composite stave刘 奇等: 铜钢复合冷却壁热变形分析 式，即以定位销及螺栓固定于高炉炉壳，设定铜钢复合 冷却壁冷面定位销及固定螺栓与炉壳接触界面沿 x 和 y 向位移为零，z 向位移与炉壳相同，其他面设定为自 由边界． 2. 3 物性参数 铜钢复合冷却壁热应力分布计算涉及到材料的导 热系数、弹性模量、泊松比、热膨胀系数等物性参数． 相应材料的物性参数［12--13］如表 1 所示． 表 1 材料的导热系数及力学性能 Table 1 Thermal conductivity and mechanical properties of materials 材料名称 温度/℃ 导热系数/( W·m － 1·℃ － 1 ) 弹性模量/GPa 热膨胀系数/( 10 － 6℃ － 1 ) 泊松比 17 400 110 17. 64 0. 34 纯铜 100 380 108 18. 00 0. 34 300 365 95 18. 50 0. 34 30 52 206 12. 00 0. 30 钢 500 42 170 12. 00 0. 30 1000 31 90 12. 00 0. 30 1500 31 20 12. 00 0. 30 200 1. 45 21 4. 70 0. 1 400 1. 45 21 4. 70 0. 1 500 1. 50 15 4. 70 0. 1 耐火材料 700 1. 50 15 4. 70 0. 1 800 1. 65 12 4. 70 0. 1 1100 1. 65 12 4. 70 0. 1 1370 1. 65 7 4. 70 0. 1 填料 — 0. 35 21 4. 70 0. 1 1—热态实验炉; 2—铜钢复合冷却壁; 3—水箱; 4—数据采集系统; 5—风机; 6—烟道; 7—水温计; 8—流量计; 9—阀门; 10—水泵; 11— 热电偶 图 2 铜钢复合冷却壁热态实验系统示意图 Fig． 2 Schematic illustration of the thermal experimental system of the copper--steel composite stave 3 热态实验装置和方法 通过测试热态实验过程中铜钢复合冷却壁的热应 变分布，将热态实验工况下铜钢复合冷却壁热应变计 算值与测量值进行对比分析，验证数学模型的准确性． 铜钢复合冷却壁热态实验系统由热态实验炉、铜钢复 合冷却壁、壁体温度、应变检测设备等构成，如图 2 所 示． 将铜钢复合冷却壁吊装于热态实验炉炉顶，炉内 装入焦炭燃料，焦炭燃烧提供高温烟气，垂直冲击铜钢 复合冷却壁热面，提供热面热源． 冷却水箱内冷却水 由水泵送入壁体冷却水道，与壁体发生对流换热后排 回水箱． 铜钢复合冷却壁进水管上安装涡街流量计， 检测冷却水流量． 进水管和出水管上分别安装冷却水 测温电偶，测量精度为 ± 0. 05 ℃，检测进出水温度． 铜 钢复合冷却壁内部插入镍铬--镍硅热电偶检测壁体温 度，炉内距铜钢复合冷却壁热面 10 mm 位置均匀布置 三根铂铑铂热电偶，检测炉温，检测结果直接输出到 PC 中记录保存． 根据以上检测结果，计算得到热态实 验工况下铜钢复合冷却壁温度分布边界条件，为热态 实验工况下铜钢复合冷却壁热应力计算提供基础 数据． 铜钢复合冷却壁冷面粘贴 BX120--80AA 型电阻 · 111 ·