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 ·391· 因素，因此这二者的物性参数由实际的计算工况决定. 取5个值进行计算.由于文献89]等相关研究工作 1.4计算工况及条件 已经表明，在常规治炼条件下，铜冷却壁热面渣皮厚度 本文主要考察在不同渣皮厚度条件下煤气温度、 的变化范围约为7~80mm,且这一范围已在承钢高炉 冷却制度等诸多因素发生改变时铜冷却壁本体及渣层 实际生产中得到验证.因此，针对每个因素的每个取 应力分布的变化，因此选取煤气温度、冷却制度（包含 值，将渣皮厚度变化范围适当放宽，均计算渣皮厚度在 冷却水流速和冷却水温度)、镶砖材质（包含镶砖热导 5~85mm变化条件下的应力分布情况.在对某一影响 率和镶砖热膨胀系数)和炉渣性质（炉渣热膨胀系数） 因素进行分析计算时，其他各因素取其特征值.其中， 为变化因素，对于每种变化因素，在其变化范围内等距 各影响因素的取值范围和特征值如表2所示. 表2不同煤气温度计算工况下参数选择 Table 2 Parameters under the different gas temperatures 煤气温度/ 渣皮厚度 冷却水速/ 冷却水温度/ 镶砖热导率/镶砖热膨胀系数/ 炉渣热膨胀系数/ 取值 ℃ mm (ms-1) ℃ (Wm1.℃-1) (10-6m℃-1) (10-6m℃-1) 变化范围 1200~1400 5-85 0.5~2.5 25~45 5~15 2.710.7 2.7.10.7 特征值 1300 2.0 子 10 4.7 4.7 2壁体及渣层应力分布 域，而应力最大值出现在冷却壁侧面边缘的筋肋角部 位置.为准确分析渣皮厚度变化对冷却壁本体应力分 2.1煤气温度的影响 布的影响，提取不同煤气温度、不同渣皮厚度条件下冷 图1显示了不同煤气温度条件下冷却壁应力分布 却壁中部筋肋下沿横向中心位置的应力值进行比较， 情况.由该图可知，在各煤气温度条件下，壁体应力分 在各渣皮厚度条件下该点应力值变化与煤气温度的关 布基本相同，仅在应力数值上有一定区别.应力集中 系如图2(a)所示 位置出现在冷却壁热面镶砖背后正对冷却水通道区 由图2(a)可知，当渣皮厚度不变时，冷却壁本体 应力Pa 应力Pa 0.130x10 .442×10 6×10 0.102×10 0.0 b 应力Pa 应力Pa 应力Pa 0.140×10 0.151×10 0.161×10 0.12x0U 0.180x10 0.188×10 0.330×10 0.488×10 85B 0.361×10 0.533×10 0.646x10 0.705×108 0804x10 0.878×10 0.961×10 0.105×108 0.112×10° 122×10 0.128×10 0.139×10 0.150x109 0.157x10 (c) d (e 图1不同煤气温度条件下壁体应力分布云图.(a)1200℃：(b)1250℃：(c)1300℃：(d)1350℃：（©）1400℃ Fig.1 Stress distribution of the stave body at different gas temperatures:(a)1200℃：(b)1250℃：(c)1300℃：(d)1350℃：(e)1400℃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 因素，因此这二者的物性参数由实际的计算工况决定． 1. 4 计算工况及条件 本文主要考察在不同渣皮厚度条件下煤气温度、 冷却制度等诸多因素发生改变时铜冷却壁本体及渣层 应力分布的变化，因此选取煤气温度、冷却制度( 包含 冷却水流速和冷却水温度) 、镶砖材质( 包含镶砖热导 率和镶砖热膨胀系数) 和炉渣性质( 炉渣热膨胀系数) 为变化因素，对于每种变化因素，在其变化范围内等距 取 5 个值进行计算． 由于文献［8--9］等相关研究工作 已经表明，在常规冶炼条件下，铜冷却壁热面渣皮厚度 的变化范围约为 7 ～ 80 mm，且这一范围已在承钢高炉 实际生产中得到验证． 因此，针对每个因素的每个取 值，将渣皮厚度变化范围适当放宽，均计算渣皮厚度在 5 ～ 85 mm 变化条件下的应力分布情况． 在对某一影响 因素进行分析计算时，其他各因素取其特征值． 其中， 各影响因素的取值范围和特征值如表 2 所示． 表 2 不同煤气温度计算工况下参数选择 Table 2 Parameters under the different gas temperatures 取值 煤气温度/ ℃ 渣皮厚度/ mm 冷却水速/ ( m·s － 1 ) 冷却水温度/ ℃ 镶砖热导率/ ( W·m － 1·℃ － 1 ) 镶砖热膨胀系数/ ( 10 － 6m·℃ － 1 ) 炉渣热膨胀系数/ ( 10 － 6 m·℃ － 1 ) 变化范围 1200 ～ 1400 5 ～ 85 0. 5 ～ 2. 5 25 ～ 45 5 ～ 15 2. 7 ～ 10. 7 2. 7 ～ 10. 7 特征值 1300 ― 2. 0 35 10 4. 7 4. 7 2 壁体及渣层应力分布 图 1 不同煤气温度条件下壁体应力分布云图． ( a) 1200 ℃ ; ( b) 1250 ℃ ; ( c) 1300 ℃ ; ( d) 1350 ℃ ; ( e) 1400 ℃ Fig． 1 Stress distribution of the stave body at different gas temperatures: ( a) 1200 ℃ ; ( b) 1250 ℃ ; ( c) 1300 ℃ ; ( d) 1350 ℃ ; ( e) 1400 ℃ 2. 1 煤气温度的影响 图 1 显示了不同煤气温度条件下冷却壁应力分布 情况． 由该图可知，在各煤气温度条件下，壁体应力分 布基本相同，仅在应力数值上有一定区别． 应力集中 位置出现在冷却壁热面镶砖背后正对冷却水通道区 域，而应力最大值出现在冷却壁侧面边缘的筋肋角部 位置． 为准确分析渣皮厚度变化对冷却壁本体应力分 布的影响，提取不同煤气温度、不同渣皮厚度条件下冷 却壁中部筋肋下沿横向中心位置的应力值进行比较， 在各渣皮厚度条件下该点应力值变化与煤气温度的关 系如图 2( a) 所示． 由图 2( a) 可知，当渣皮厚度不变时，冷却壁本体 · 193 ·