提高高炉炉腰及炉身下部冷却壁抗热变形能力是维持高炉长寿的关键.采用热态实验和数值模拟手段研究高炉炉腰及炉身下部区域铜钢复合冷却壁的传热及热变形行为,并与铜冷却壁进行对比分析.铜钢复合冷却壁热面无渣铁壳覆盖,煤气温度1200℃条件下,铜钢复合冷却壁最高温度为180℃,传热性能与铜冷却壁接近.铜钢界面最大等效应力约为114.45 MPa,低于铜钢复合板的抗拉强度.铜钢复合冷却壁发生弯曲变形,中心z向位移为0.66 mm,较铜冷却壁低约25.8%;顶底端沿z向位移为0.13 mm,较铜冷却壁低约50%;曲率为0.93×10-4 mm-1,较铜冷却壁低约51.81%.铜钢复合冷却壁抗变形能力优于铜冷却壁,可以避免铜冷却壁热变形过大导致的螺栓及冷却水管断裂破损问题

为了减少高炉冷却壁的铜消耗量,降低单个铜冷却壁的价格,在保证高炉冷却效果的基础上,开发了一种薄型的铜冷却壁.为了测定该薄形铜冷却壁的冷却性能,设计了热态实验进行模拟实验.在未挂渣的情况下,当炉温为1200℃时,冷却壁冷面和热面的平均温度分别为72℃和135℃.当有热冲击的情况下,冷却壁冷面和热面的温度差变化不大.加快流速对降低冷却壁温度影响不大.当热面挂渣时,冷却壁的热流密度急剧降低,而且冷却壁热面温度随炉温变化很小.经过热态实验,薄型铜冷却壁的温度分布和热流密度基本符合高炉实际生产要求

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对大直径棒材穿水冷却过程进行了三维非稳态数值模拟,研究了冷却水流量对冷却效果的影响规律,并分析了决定冷却水流量的两个因素——冷却器入口截面积及冷却水流流速对冷却效果的影响程度.模拟结果表明:当流量相对较小时,流量的改变对冷却效果的影响较大;当流量增大到一定值后,随着流量的继续增大,对冷却效果的影响逐渐减小;冷却水流流速对冷却效果的影响程度大于冷却器入口截面积

根据热弹性力学理论，建立了渣皮厚度可变的铜冷却壁热-力耦合应力场分布计算模型，从铜冷却壁本体和炉渣-镶砖界面应力分布的角度分析了煤气温度、冷却制度、镶砖材质和炉渣性质等因素对铜冷却壁寿命及挂渣稳定性的影响规律.计算结果表明：煤气温度的升高使铜冷却壁本体应力线性升高，同时挂渣稳定性减弱；铜冷却壁本体应力值及挂渣稳定性均随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势，实际生产中渣皮厚度应维持在30~60 mm之间；冷却水流速的增大会导致铜冷却壁本体应力值小幅上升，但可使挂渣稳定性增强；冷却水温的提升可小幅降低冷却壁本体应力，但会显著降低挂渣稳定性；镶砖热导率的提升和炉渣热膨胀系数的减小均有利于降低铜冷却壁本体应力并增强挂渣稳定性

研究了高强度含铜钢HSLA80和HSLA100奥氏体连续冷却转变产物的强度和韧性随冷却速率的变化规律，探讨了连续冷却过程中形成的Cu沉淀的特征和熟化规律.在Gleeble3800热模拟试验机上进行0.1℃·s-1至20℃·s-1的连续冷却实验，利用扫描电镜和透射电镜分析了显微组织和Cu沉淀.结果表明，随冷却速率提高，HSLA80的连续冷却转变组织由多边形铁素体向块状铁素体和贝氏体转变，在冷速0.1~1℃·s-1范围内Cu发生沉淀，两者综合作用造成随冷却速率提高钢的硬度分阶段变化，而韧性逐渐提高；HSLA100的连续冷却转变组织以贝氏体为主，且不发生Cu的沉淀，随冷却速率提高钢的硬度基本保持不变，但韧性发生剧烈变化.连续冷却过程中形成的Cu沉淀在等温过程中的熟化符合Ostwald熟化规律，半径随时效时间t1/3变化

根据有限元理论,采用ANSYS‘生死单元’技术建立了铜冷却壁挂渣能力计算模型,计算煤气温度、冷却制度、炉渣性质、冷却壁镶砖材质等多种因素对铜冷却壁挂渣能力的影响,得出各因素对铜冷却壁挂渣能力的影响规律.煤气温度的升高将导致铜冷却壁挂渣能力呈指数衰减.冷却制度的改变对铜冷却壁挂渣能力的影响很微弱.炉渣挂渣温度的提升将使冷却壁挂渣能力增强,但渣皮厚度的稳定性较差.随着炉渣导热系数的上升,渣皮厚度均匀增大.镶砖热导率的提升可显著提升燕尾槽位置渣皮厚度.根据计算结果,本文提出了保证铜冷却壁稳定挂渣应遵循的几个原则

高温长时间工作的风洞喷管需要冷却,这需要在喷管上开冷却通道槽.本文采用冷却效率较好的矩形冷却通道,研究喷管冷却的影响因素.文中建立喷管冷却结构三维模型,详细分析喷管的传热类型同时考虑辐射换热,基于简单准确原则对计算三维模型作一系列简化假设,最后采用CFD技术进行数值模拟.了解冷却通道高宽比对喷管冷却的影响规律,指出考虑和不考虑辐射换热喷管冷却效果的差别,同时明确气流总温对冷却效果的影响程度并提出改善措施

为了满足高炉长寿的需要,开发了一种具有高冷却性能的铸铁冷却壁.利用热态实验数据确定了合金化管铸铁冷却壁温度场数值模拟的边界条件,采用ANSYS软件和热-结构耦合的方法分析炉温、渣皮和边缘接触压力对高温状态下铸铁冷却壁热应力及变形的影响,以便采取有效的措施降低铸铁冷却壁热应力,控制其变形.根据球墨铸铁强度分析理论提出评价长寿铸铁冷却壁冷却能力的新概念——高周热负荷

针对卷取温度为500℃的12 mm厚X70管线钢热轧带钢,利用MARC有限元软件建立层流冷却过程中的热-力-相变耦合的数学模型,计算两种下上冷却水比时层流冷却过程中温度场、应力、应变、相变体积分数和翘曲度随时间的变化.结果表明:1.25水比的冷却过程中,厚度方向上各面的冷却速度不一致,导致水冷前期带钢上下表面应变不同,带钢会产生向上的翘曲,冷却过程中边部最大的翘曲量达到21.84 mm;水冷后期带钢板形会逐渐恢复平直,但由于水冷过程中发生塑性变形,终冷时厚度方向上贝氏体含量的差异,卷取时带钢边部依然有-9 mm的翘曲量.上下表面的不均匀冷却是引起翘曲的根本原因.在保证X70管线钢性能条件下,采用1.58的下上水比工艺,卷取时边部翘曲量仅为-0.58 mm,合适的下上水比能大幅度减小层流冷却过程中带钢的横向翘曲

应用计算传热学研究了目前常用的一些高炉冷却器的温度场．通过模拟在高炉内部不同高度处铜冷却壁、凸台冷却壁及板壁结合冷却系统的温度场，探讨了不同冷却器在高炉炉墙的布置方式．凸台冷却壁适宜安装在炉身上部和炉喉区；板壁结合冷却器适宜安装在炉身中部及炉腰部位；铜冷却壁适宜安装在炉腹及炉身下部．