[发明专利]高炉冷却壁热仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及热仿真分析领域，特别地，涉及一种高炉冷却壁热仿真分析方法。

背景技术

作为炼铁工艺过程中最为核心的设备，高炉的运行状况关系到整个炼铁环节的安全稳定程度及能效水平。由于高炉内部装填高温熔体并有高温热风通过，需要使用循环水对高炉壁面进行冷却，以维持高炉冷却壁合理的温度分布并保护高炉冷却壁不被高温破坏，进而维持高炉的长寿命稳定运行。在高炉运行过程中，合理地配置高炉冷却壁循环水的流量和水温两大操作工艺参数，对维持适宜的高炉冷却壁温度分布并节约高炉循环水系统的水泵和冷却塔风机的能耗具有重要的意义。若循环水供给的流量不足或水温过高，高炉冷却壁得不到足够的冷却，必然会受到高温破坏，导致高炉提前大修；若循环水供给的流量过大或水温过低，导致高炉冷却壁过冷，可能会出现高炉冷却壁内壁面渣皮厚度增加而影响工艺运行和高炉循环水系统本身的能耗上升。因此，需要加深对高炉冷却壁冷却过程的认识，掌握不同循环水水温和流量组合下高炉冷却壁的热状况及其变化规律，进而为实现高炉循环水系统的节能和高炉的长寿命运行奠定基础。

由于高炉冷却壁的复杂性和工作环境的恶劣性，无法很好地通过试验和实际测量等已知的技术手段来准确地获得各种循环水参数组合下高炉冷却壁的热状况及其变化规律。

因此，有必要提供一种高炉冷却壁热仿真分析方法以解决上述问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是本发明提供了一种高炉冷却壁热仿真分析方法，旨在以较低的成本和便利的方式获得不同循环水水温和流量组合下高炉冷却壁的热状况及其变化趋势，从而用于指导高炉冷却壁的高炉循环水系统的操作工艺，在保证高炉冷却壁安全稳定运行的前提下节约高炉循环水系统的运行能耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高炉冷却壁热仿真分析方法，包括如下步骤：

S1、绘制高炉冷却壁三维模型并进行网格划分得到高炉冷却壁有限元模型；

S2、添加所述高炉冷却壁有限元模型各部分的物性参数；

S3、根据对流传热系数基准值并通过换算在所述高炉冷却壁有限元模型中分别施加渣皮表面、循环水管内壁面和炉壳表面的对流传热边界条件；

S4、进行数值计算，获得高炉冷却壁热仿真分析计算结果。

优选地，所述高炉冷却壁热仿真分析计算结果包括不同循环水水温和流量组合下高炉冷却壁的温度分布以及高炉冷却壁不同部位的传热通量大小。

优选地，所述渣皮表面、所述循环水管内壁面和所述炉壳表面的对流传热边界条件为第三类边界条件，所述第三类边界条件包括所述渣皮表面、所述循环水管内壁面和所述炉壳表面与流体之间的对流传热系数值及流体温度。

优选地，所述对流传热系数值由对流传热系数基准值和对流传热系数准数关联式共同确定。

优选地，所述流体温度包括所述循环水水温、高炉内热风温度、高炉内高温熔体温度和高炉外部环境大气温度。

优选地，在步骤S4之后，还包括步骤：

S5、将高炉冷却壁热仿真计算结果进行矩阵化处理；

S6、根据矩阵绘制高炉冷却壁热仿真分析计算结果分布图；

S7、在所述分布图中用不同色阶显示所述高炉冷却壁热仿真分析计算结果。

优选地，所述分布图的横坐标和纵坐标分别对应循环水水温和流量。

优选地，在步骤S6中，对所述循环水水温和流量进行归一化处理，得到所述循环水水温和流量的归一化值，以所述循环水水温和流量的归一化值为自变量描述高炉冷却壁热状况。

优选地，所述高炉冷却壁热状况包括所述循环水管管壁面平均温度、所述循环水管内壁面和所述炉壳表面的平均热流密度。

与相关技术相比较，本发明提供的高炉冷却壁热仿真分析方法，从所述高炉冷却壁自身的结构和材料参数出发，充分考虑到所述高炉冷却壁自身的热量传递特点，使用计算机热仿真分析的方法，重点考虑了通过所述高炉冷却壁的所述循环水流量和温度两大工艺参数对所述高炉冷却壁热状况及其变化规律的影响，并对热仿真分析结果通过可视化、归一化和函数拟合等方法进行分析和展示，以帮助相关人员更好地掌握不同循环水工艺条件下所述高炉冷却壁热状况的变化规律，从而针对性地优化工艺配置，在保证所述高炉冷却壁安全稳定长寿的前提下达到高炉循环水系统最优的节能效果，兼顾了高炉的长寿命、所述高炉循环水系统很好的节能效果以及所述高炉的高产能。

附图说明