新型铸铜冷却壁的热态模拟分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

进入21世纪以来，特别是在世界金融危机的冲击下，钢铁工业及世界环境发生了很大的变化。随着我国钢铁产能的增加，炼铁原料质量下降，资源和能源价格上扬，二氧化碳排放等问题，炼铁作为钢铁工业集中消耗能源、资源的部门首当其冲。在较长一段时间内高炉仍是炼铁生产的主流设备。高炉生产将以大型化、节能降耗、co₂减排为主要发展方向。高炉稳定操作及长寿技术的发展将依靠炉内现象的解析及冷却设备的进步而获得显著进展^[1]。

高炉的长寿是炼铁生产中提高产量、降低成本的重要途径。高炉用冷却壁是安装在高炉的炉身、炉腰、炉腹及风口部位的重要冷却设备，而且要承受炉料的磨损、熔渣的侵蚀和炉气的冲刷，因此要求必须具备良好的热强度、抗氧化生长、耐热冲击、抗急冷急热不裂等综合性能^[2～4]。以前，我国高炉炉体绝大部分安装普通灰铸铁冷却壁，并且采用工业水开路循环冷却系统，经常出现局部过热情况。直至20世纪末，多高炉逐步采用了软水密闭循环冷却系统，在炉身下部安装了球墨铸铁冷却壁和优质耐火材料，炉身的寿命得到相应的延长，但是也未达到无过热状态。原因是球墨铸铁本体材料导热系数低，冷却壁水管表面的防渗碳涂层存在气隙层，使得冷却壁整体热阻很大。因此，造成在高炉工作条件下，冷却壁本体温度较高^[5]。由于铸铁冷却壁的固有缺陷，降低了高炉寿命。为了将高炉寿命延到20年以上，日本和前西德对铜冷却壁进行了研究并取得成功^[6]。铜冷却壁有轧制铜冷却壁和铸铜冷却壁两种。轧制铜冷却壁性能稳定，导热效果好，但是制作成本较高，异形通道难以加工，而且钻孔的堵头和管头部位均需要焊接。在使用时焊接部位易产生裂纹导致漏水影响高炉安全运行。相对而言，铸铜冷却壁预埋成形铜（钢）管一次铸造成形，无需加工及焊接，无焊缝漏水风险。同时，铸件大小及形状按炉型制造，导热均匀，有效地保障了炉内挂渣的均匀性，使炉内具有良好的炉型，且使冷却壁的可靠性和使用寿命提高。铸铜冷却壁机械加工少，大大降低了制造成本^[7,8]。2001年起，我国个别钢铁企业（武钢、首钢）开始在炉腹和炉身下部使用轧制铜冷却壁，而铸铜冷却壁在国内较长时间还是空白。武钢重工于2005年初最先开发生产了铸铜冷却壁，用于3200m³的武钢7号炉^[9,10]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本课题，首先运用pro/e软件对新型减薄型铸铜冷却壁、轧制铜冷却壁的建模，然后应用ansys软件对减薄型铸铜冷却壁铸件和轧制铜冷却壁的温度场和应力场进行模拟，分析冷却壁在实际应用中的温度分布、应力分布和变形情况，以为铸铜冷却壁的减薄节支增效提供理论依据。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需软件和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照研究方案，完成pro/e对新型铸铜冷却壁、轧制铜冷却壁的建模。

第8－11周：完成ansys软件对新型铸造铜冷却壁和轧制铜冷却壁的温度场和应力场进行模拟，分析冷却壁在实际应用中的温度分布，应力分布和变形情况。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 邹忠平，项钟庸，赵瑞海，等.国内外高炉炼铁技术的发展现状和趋势[c].中国金属学会冶金技术经济学会第11届学术年会论文集，2011，2：17-21.

[2].zhang f m. design and operation control for long campaign life of blast furnaces [j]. journal of iron and steelresearch(international) ,2013,9:53-60.

[3]胡君健，战庆文，张毅，等.高炉冷却壁的生产技术与现状[j].铸造技术,2004,8(19):657-659.