.326 北京科技大学学报 第29卷 砖层、镁砂层、镁砖层、石棉板层及炉壳的半径，图中 6=4十2n (3) 对应位置的温度分别是t1,t2,t3,t4,t5和t6,镁碳 砖、镁砂、镁砖、石棉板、炉壳的导热系数分别是入， 如果求出的炉壳表面温度与假设的炉壳表面温 2,2,入3，入和入，传热处于平衡状态时，单位圆筒 度吻合，则此结果为理论求解的炉壳表面温度；否 长度的热流量(g1,Wm-1)为门： 则，依据上述求解过程循环计算，直至所求结果与假 91 设的炉壳表面温度在误差范围之内，通过改变隔热 2π(1-) 层石棉板的厚度，可计算出对应的炉壳表面温度，其 In(r2/r1)In(r3/r2)In(r4/r3)In(r5/r4)In(r6/r5)1 结果如图3所示.不同石棉板厚度转炉炉身各界面 2 3 4 5 hr6 的温度计算结果见表1. (1) 600 式中，t1为工作层内表面温度，℃；4为周围环境的 500 温度，℃：h为炉壳表面自然对流与辐射折算的综合 400 换热系数，wm-2.℃-1. 300 1.2炉壳表面温度的计算 200 0 102030405060 炉壳表面的散热有两种方式：一是与周围空气 石棉板厚度/mm 的对流散热；二是通过辐射向周围环境散热，重钢 图3炉壳表面温度随石棉板厚度的变化 的炉壳没有采取任何的降温冷却措施，炉壳表面的 Fig.3 Dependence of sheel surface temperature on the thickness of 对流散热是自然对流传热，只要知道炉壳表面温 asbestos board 度，即可计算出对应温度下自然对流换热系数h1· 表1不同石棉板厚度的炉身温度场 对于辐射换热系数2，可先计算出一定温度下单位 Table 1 Shaft temperature field at different thicknesses of asbestos 面积辐射换热量，再由下式求出： board q=h2(t6-ts) (2) 位置/mm 1 5 将计算得到的自然对流换热系数和辐射换热系 0 1650.01382.41322.8583.4583.4547.0 数相加，就可算出对应炉壳表面温度的综合换热系 心 1650.01437.61390.3803.3525.8497.0 数h,其结果如图2所示， b 1650.01472.01432.6944.2 483.0459.0 >80 公 1650.01496.41462.51043.1449.5429.0 60 20 1650.01516.31486.61118.0423.0405.0 40 子 1650.01531.91505.31176.1401.1385.0 30 1650.01543.01519.01221.4381.5367.0 20 1650.01555.21533.21260.0364.2351.0 露 0 40 1650.01561.91541.71290.9349.2337.0 00 300400500600700 炉壳表面温度/℃ 45 1650.01566.61547.81315.2337.3326.0 50 1650.01573.51555.91338.7325.5315.0 图2综合换热系数与炉壳表面温度的关系 55 1650.01578.51562.01358.3319.8310.0 Fig.2 Relationship between comprehensive heat transfer coeffi 0 1650.01582.81567.31375.8311.2302.0 cient and shell surface temperature 转炉长期在高温、高氧化性条件下工作，炉衬耐 1.3石棉板厚度与炉壳温度的关系 火材料镁碳砖以每炉0.2~0.8mm的速度被侵蚀， 由图3可知：炉壳表面温度随着石棉板厚度的 计算中镁碳砖的厚度设定为200mm,各材料导热系 增加而不断降低，该函数曲线在石棉板厚度为0~ 数以及应力计算中涉及到的弹性模量等相关参数见 30mm时，斜率较大，即炉壳表面温度降得较多；石 文献[811] 棉板厚度为30~60mm时，曲线逐渐变得平缓，斜 先设定炉壳表面温度，将设定温度对应的综合 率较小，炉壳表面温度降得较少；当石棉板厚度在 换热系数h代入式(1)可得到单位长度圆筒壁的热 25~35mm时，炉壳表面温度在380~350℃之间变 通量q,再由下式计算出炉壳表面温度： 化.结合重钢80t转炉的实际情况，当石棉板的厚 度为30mm左右时，炉壳温度就能控制在360℃以砖层、镁砂层、镁砖层、石棉板层及炉壳的半径‚图中 对应位置的温度分别是 t1‚t2‚t3‚t4‚t5 和 t6‚镁碳 砖、镁砂、镁砖、石棉板、炉壳的导热系数分别是 λ1‚ λ2‚λ2‚λ3‚λ4 和 λ5‚传热处于平衡状态时‚单位圆筒 长度的热流量（ q1‚W·m —1）为［7］： q1＝ 2π（ t1— tf） ln（ r2／r1） λ1 ＋ ln（ r3／r2） λ2 ＋ ln（ r4／r3） λ3 ＋ ln（ r5／r4） λ4 ＋ ln（ r6／r5） λ5 ＋ 1 hr6 （1） 式中‚t1 为工作层内表面温度‚℃；tf 为周围环境的 温度‚℃；h 为炉壳表面自然对流与辐射折算的综合 换热系数‚w·m —2·℃—1． 1∙2 炉壳表面温度的计算 炉壳表面的散热有两种方式：一是与周围空气 的对流散热；二是通过辐射向周围环境散热．重钢 的炉壳没有采取任何的降温冷却措施‚炉壳表面的 对流散热是自然对流传热．只要知道炉壳表面温 度‚即可计算出对应温度下自然对流换热系数 h1． 对于辐射换热系数 h2‚可先计算出一定温度下单位 面积辐射换热量‚再由下式求出： q＝h2（ t6—tf） （2） 将计算得到的自然对流换热系数和辐射换热系 数相加‚就可算出对应炉壳表面温度的综合换热系 数 h‚其结果如图2所示． 图2 综合换热系数与炉壳表面温度的关系 Fig．2 Relationship between comprehensive heat transfer coeffi￾cient and shell surface temperature 转炉长期在高温、高氧化性条件下工作‚炉衬耐 火材料镁碳砖以每炉0∙2～0∙8mm 的速度被侵蚀‚ 计算中镁碳砖的厚度设定为200mm‚各材料导热系 数以及应力计算中涉及到的弹性模量等相关参数见 文献［8—11］． 先设定炉壳表面温度‚将设定温度对应的综合 换热系数 h 代入式（1）可得到单位长度圆筒壁的热 通量 ql‚再由下式计算出炉壳表面温度： t6＝tf＋ q1 2πr6h （3） 如果求出的炉壳表面温度与假设的炉壳表面温 度吻合‚则此结果为理论求解的炉壳表面温度；否 则‚依据上述求解过程循环计算‚直至所求结果与假 设的炉壳表面温度在误差范围之内．通过改变隔热 层石棉板的厚度‚可计算出对应的炉壳表面温度‚其 结果如图3所示．不同石棉板厚度转炉炉身各界面 的温度计算结果见表1． 图3 炉壳表面温度随石棉板厚度的变化 Fig．3 Dependence of sheel surface temperature on the thickness of asbestos board 表1 不同石棉板厚度的炉身温度场 Table1 Shaft temperature field at different thicknesses of asbestos board 位置／mm t1 t2 t3 t4 t5 t6 0 1650∙0 1382∙4 1322∙8 583∙4 583∙4 547∙0 5 1650∙0 1437∙6 1390∙3 803∙3 525∙8 497∙0 10 1650∙0 1472∙0 1432∙6 944∙2 483∙0 459∙0 15 1650∙0 1496∙4 1462∙5 1043∙1 449∙5 429∙0 20 1650∙0 1516∙3 1486∙6 1118∙0 423∙0 405∙0 25 1650∙0 1531∙9 1505∙3 1176∙1 401∙1 385∙0 30 1650∙0 1543∙0 1519∙0 1221∙4 381∙5 367∙0 35 1650∙0 1555∙2 1533∙2 1260∙0 364∙2 351∙0 40 1650∙0 1561∙9 1541∙7 1290∙9 349∙2 337∙0 45 1650∙0 1566∙6 1547∙8 1315∙2 337∙3 326∙0 50 1650∙0 1573∙5 1555∙9 1338∙7 325∙5 315∙0 55 1650∙0 1578∙5 1562∙0 1358∙3 319∙8 310∙0 60 1650∙0 1582∙8 1567∙3 1375∙8 311∙2 302∙0 1∙3 石棉板厚度与炉壳温度的关系 由图3可知：炉壳表面温度随着石棉板厚度的 增加而不断降低‚该函数曲线在石棉板厚度为0～ 30mm 时‚斜率较大‚即炉壳表面温度降得较多；石 棉板厚度为30～60mm 时‚曲线逐渐变得平缓‚斜 率较小‚炉壳表面温度降得较少；当石棉板厚度在 25～35mm 时‚炉壳表面温度在380～350℃之间变 化．结合重钢80t 转炉的实际情况‚当石棉板的厚 度为30mm 左右时‚炉壳温度就能控制在360℃以 ·326· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷