高炉冷却壁处于炉壳及炉衬之间，其作用是保护炉壳免受高温的侵袭，是维护高炉炼铁正常生产必不可少的冷却装置之一。高炉冷却壁的长寿化将影响到高炉整体的工作运行和使用周期。因此，探讨冷却壁的长寿化具有重要的理论意义和实用价值，而温度载荷的大小是影响冷却壁使用寿命的重要指标之一。杭州那泰有限元分析公司针对某炼铁总厂三号高炉实际冷却壁，充分考虑冷却壁材料、炉衬材料、充填层材料的导热系数、比热容等随温度变化的性质，炉壳同外界换热，炉衬同炉内煤气流换热，冷却水同冷却壁换热等复杂换热条件，构建了冷却壁三维有限元模型，对现有的实际冷却壁做了稳态温度场的模拟，并以此模型为基础，探讨了冷却壁中水流速度及炉衬材料等对冷却壁温度的影响，为冷却壁的使用和维护提供理论参考。
      冷却壁有限元分析分为模型建立和边界条件处理等几个部分。依据实际冷却壁的实际尺寸及实际形状，构建了冷却壁的基体，在此基础上，构建了冷却壁内且通过冷却壁凸台的2根U型水管、冷却壁内且沿炉壳轴向的4根U型水管，以及冷却壁内且沿炉壳轴向并处在炉壳和4根U型水管之间的蛇形水管1根。为了充分考虑冷却壁同周围环境的热交换，在模型中建立了炉壳、炉壳和冷却壁之间的充填层，以及保护冷却壁的炉衬。炉衬和炉壳的构建反映了冷却壁周围的热传导，同时也方便了炉壳同外界、炉衬同炉内煤气的热交换的边界条件的加载。为了控制有限元计算的规模，计算模型的宽度为冷却壁宽度的一半，高度为炉身下部一整块冷却壁的高度。
      冷却壁及炉壳、炉衬、充填层布置及冷却壁的关键几何尺寸为：H=1015mm、L=900mm、B=390 mm。炉壳钢、充填层、球墨铸铁、炉衬材料的比热容，导热系数等随温度变化的，其具体数据来源于有关文献。单元类型选用热分析的四菱锥实体单元-SOLID70，用有限元模型的划分，共划分为170487个单元，有限元网格划分图。
      由于冷却壁传热的复杂性，对凸台冷却壁的传热学计算模型作如下假设：（1）计算模型宽度和高度范围内炉墙热面附近的炉温均匀；（2）计算模型宽度和高度方向的外壁面为绝热面；（3）忽略炉壳#填充层，铸铁冷却壁、镶砖、砖衬相互间所有可能的接触热阻以及砖缝的热阻。
      炉壳同外界换热、炉衬与炉内煤气流的换热、冷却水与冷却壁内水管内壁的换热的具体数值均取自经验公式和经验数据，具体步骤如下：（1）炉壳与外界换热系数确定。炉壳同外界换热存在辐射换热和对流换热，这两项换热同炉壳的温度有关，当炉壳温度不高时，一般考虑为以对流换热为主，其综合对流换热系数可按以下经验公式计算。（2）炉衬与煤气的换热系数计算。高炉冶炼时，影响此项换热系数的因素众多，炼铁工艺、原料的配比、装料的条件、供风制度等，都会影响此项的数据，以高炉的常规工况为基准，参照德国学者 Poter的数据，当炉衬热面煤气流的温度为 1200℃时，其综合对流换热系数为 h_f=232 W/m²•℃（3）冷却水与冷却壁的换热系数确定。由于水管是铸在冷却壁内的，因此冷却壁与水管外壁之间存在气隙，而气隙的存在造成了冷却水与冷却壁换热的复杂性。冷却壁与水管通过气隙之间的热交换由3部分组成：一是冷却水管壁面同冷却壁之间的热辐射；二是冷却水管壁面同冷却壁之间依靠气隙的热传导；三是冷却水管壁面同冷却壁之间通过气隙中气体进行热对流。

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