[發明專利]高爐冷卻壁熱仿真分析方法

在審

• 申請號: 201710779943.2
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107563061A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 張翮輝;陳龍強;楊燦;張沛
• 申請（專利權）人: 長沙山水節能研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;C21B7/10
• 代理公司: 長沙市阿凡提知識產權代理有限公司43216
• 代理人: 谷萍

技術領域

本發明涉及熱仿真分析領域，特別地，涉及一種高爐冷卻壁熱仿真分析方法。

背景技術

作為煉鐵工藝過程中最為核心的設備，高爐的運行狀況關系到整個煉鐵環節的安全穩定程度及能效水平。由于高爐內部裝填高溫熔體并有高溫熱風通過，需要使用循環水對高爐壁面進行冷卻，以維持高爐冷卻壁合理的溫度分布并保護高爐冷卻壁不被高溫破壞，進而維持高爐的長壽命穩定運行。在高爐運行過程中，合理地配置高爐冷卻壁循環水的流量和水溫兩大操作工藝參數，對維持適宜的高爐冷卻壁溫度分布并節約高爐循環水系統的水泵和冷卻塔風機的能耗具有重要的意義。若循環水供給的流量不足或水溫過高，高爐冷卻壁得不到足夠的冷卻，必然會受到高溫破壞，導致高爐提前大修；若循環水供給的流量過大或水溫過低，導致高爐冷卻壁過冷，可能會出現高爐冷卻壁內壁面渣皮厚度增加而影響工藝運行和高爐循環水系統本身的能耗上升。因此，需要加深對高爐冷卻壁冷卻過程的認識，掌握不同循環水水溫和流量組合下高爐冷卻壁的熱狀況及其變化規律，進而為實現高爐循環水系統的節能和高爐的長壽命運行奠定基礎。

由于高爐冷卻壁的復雜性和工作環境的惡劣性，無法很好地通過試驗和實際測量等已知的技術手段來準確地獲得各種循環水參數組合下高爐冷卻壁的熱狀況及其變化規律。

因此，有必要提供一種高爐冷卻壁熱仿真分析方法以解決上述問題。

發明內容

本發明解決的技術問題是本發明提供了一種高爐冷卻壁熱仿真分析方法，旨在以較低的成本和便利的方式獲得不同循環水水溫和流量組合下高爐冷卻壁的熱狀況及其變化趨勢，從而用于指導高爐冷卻壁的高爐循環水系統的操作工藝，在保證高爐冷卻壁安全穩定運行的前提下節約高爐循環水系統的運行能耗。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高爐冷卻壁熱仿真分析方法，包括如下步驟：

S1、繪制高爐冷卻壁三維模型并進行網格劃分得到高爐冷卻壁有限元模型；

S2、添加所述高爐冷卻壁有限元模型各部分的物性參數；

S3、根據對流傳熱系數基準值并通過換算在所述高爐冷卻壁有限元模型中分別施加渣皮表面、循環水管內壁面和爐殼表面的對流傳熱邊界條件；

S4、進行數值計算，獲得高爐冷卻壁熱仿真分析計算結果。

優選地，所述高爐冷卻壁熱仿真分析計算結果包括不同循環水水溫和流量組合下高爐冷卻壁的溫度分布以及高爐冷卻壁不同部位的傳熱通量大小。

優選地，所述渣皮表面、所述循環水管內壁面和所述爐殼表面的對流傳熱邊界條件為第三類邊界條件，所述第三類邊界條件包括所述渣皮表面、所述循環水管內壁面和所述爐殼表面與流體之間的對流傳熱系數值及流體溫度。

優選地，所述對流傳熱系數值由對流傳熱系數基準值和對流傳熱系數準數關聯式共同確定。

優選地，所述流體溫度包括所述循環水水溫、高爐內熱風溫度、高爐內高溫熔體溫度和高爐外部環境大氣溫度。

優選地，在步驟S4之后，還包括步驟：

S5、將高爐冷卻壁熱仿真計算結果進行矩陣化處理；

S6、根據矩陣繪制高爐冷卻壁熱仿真分析計算結果分布圖；

S7、在所述分布圖中用不同色階顯示所述高爐冷卻壁熱仿真分析計算結果。

優選地，所述分布圖的橫坐標和縱坐標分別對應循環水水溫和流量。

優選地，在步驟S6中，對所述循環水水溫和流量進行歸一化處理，得到所述循環水水溫和流量的歸一化值，以所述循環水水溫和流量的歸一化值為自變量描述高爐冷卻壁熱狀況。

優選地，所述高爐冷卻壁熱狀況包括所述循環水管管壁面平均溫度、所述循環水管內壁面和所述爐殼表面的平均熱流密度。

與相關技術相比較，本發明提供的高爐冷卻壁熱仿真分析方法，從所述高爐冷卻壁自身的結構和材料參數出發，充分考慮到所述高爐冷卻壁自身的熱量傳遞特點，使用計算機熱仿真分析的方法，重點考慮了通過所述高爐冷卻壁的所述循環水流量和溫度兩大工藝參數對所述高爐冷卻壁熱狀況及其變化規律的影響，并對熱仿真分析結果通過可視化、歸一化和函數擬合等方法進行分析和展示，以幫助相關人員更好地掌握不同循環水工藝條件下所述高爐冷卻壁熱狀況的變化規律，從而針對性地優化工藝配置，在保證所述高爐冷卻壁安全穩定長壽的前提下達到高爐循環水系統最優的節能效果，兼顧了高爐的長壽命、所述高爐循環水系統很好的節能效果以及所述高爐的高產能。

附圖說明