PDF《冶炼钒钛磁铁矿高炉的铜冷却壁挂渣分析》

于根据冷却壁对称性,采用壁体

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2 为实体模型以减少计算量;

盂忽略渣层、镶砖及铜壁 之间的接触热阻和水垢影响;

榆采用挂渣温度体现 气流和炉料对渣皮的机械摩擦作用,不考虑渣皮与 冷却壁之间的实际结合能力. 利用 ANSYS 建立铜冷却壁实体模型,根据传热 特点优化网格划分,建立有限元模型. 采用以前研 究中建立的 渣皮熔化迭代方法冶[1] ,分析铜冷却壁 温度场. 1. 2摇 物性参数和边界条件 参考以前研究工作确定模型中相关材料的物性 参数[1-3] . 炉壳表面、渣皮热面和水道表面均采用 第三边界条件. 炉壳与大气之间综合传热系数为

11 W/ (m2 ・益),渣皮与炉气间对流传热系数为

232 W/ (m2 ・益)[1] . 为了提高冷却能力,铜冷却 壁水道断面采用曲面形式. 根据管内强制对流传热 规律,确定水道表面对流传热系数[2-3] . hw =3

788 u0郾8(1) 式中摇 hw ―对流传热系数,W/ (m2 ・益);

摇u―水道内冷却水速度,m/ s. 2摇 炉渣性质 2. 1摇 渣皮导热系数 含钒钛高炉渣黏度高,与铁水界面张力小,渣铁 分离比较困难,造成高炉终渣带铁量明显较高[4] . 挂渣层内铁珠含量对渣层导热性存在明显影响,但 是在正常生产中获得冷却壁表面挂渣层非常困难. 为了反映挂渣层铁珠含量对挂渣的影响,首先分析 含钒钛高炉渣和普通终渣带铁情况,通过与普通矿 冶炼时挂渣层情况对比,间接确定挂渣层内铁珠含 量. 采用机械粉碎和磁铁分离方法,对含钒钛高炉 渣终渣、普通终渣及普矿挂渣层内铁珠含量进行分 析,结果如表

1 所示. 由表

1 可知,含钒钛高炉渣及普通终渣内铁珠 质量分数分别为 18. 0% 和3. 5% ,即含钒钛高炉渣 终渣的铁珠含量明显高于普通终渣,这与以前研究 结果基本相符[4] . 可以推断,在炉腹及炉腰区域, 冷却壁表面的挂渣层内铁珠含量也相对较高. 本次 研究中,普通矿冶炼时挂渣层内铁珠体积分数取 15% . 在钒钛磁铁矿冶炼时,炉料波动对炉渣性质影 响较大,渣皮内铁珠含量也会有较大变化. 在模型分 析中,假设钒钛挂渣层内铁珠体积分数取 30% . 表 1摇 渣中铁珠含量 Table 1摇Iron pearl content in slag 渣摇 样 试样总 量/g炉渣质 量/ g 铁珠质 量/ g 铁珠质量 分数/ % 铁珠体积 分数/ % 含钒钛终渣 216.

9 177.

9 39.

0 18.

0 8.

2 普通终渣 152.

6 147.

2 5.

4 3.

5 1.

5 普矿挂渣 384.

9 266.

7 118.

2 30.

7 15.

2 摇摇挂渣层内同时含有炉渣和铁珠,渣层导热系数 决定于炉渣和铁珠导热系数及含量. 采用 Hamilton and Crosser 模型[5] ,描述渣层的综合导热系数: 姿移 = VS 姿S +琢VFe 姿Fe VS +琢VFe (2) 琢= 3姿S 2姿S +姿Fe (3) 式中摇 姿移 ―渣层综合导热系数,W/ (m・益);

VS ―渣层内炉渣体积分数,% ;

VFe ―渣层内铁珠体积分数,% ;

姿S ―炉渣导热系数,W/ (m・益);

姿Fe ―铁珠导热系数,W/ (m・益). 2. 2摇 挂渣温度 高炉内渣皮同时受到气流和炉料的高温冲刷,可 以采用荷重软化温度来衡量其承受能力. 由于缺乏 钒钛磁铁矿冶炼渣皮试样,本次研究中仅对终渣荷重 情况进行对比分析. 终渣荷重软化测试条件:荷重 0郾1MPa,升温速度:小于

800 益,15 益/min;

800 ~

1 000 益,10 益/min;

大于

1 000 益,5 益/min. 普通终 渣和含钒钛高炉渣终渣的荷重软化曲线如图