一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法技术方案

本发明专利技术属于高炉冷却系统领域，适用于对高炉冷却系统冷却能力的优良性的评判方面，具体涉及一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，所述方法采用高炉冷却强度或冷却效率对高炉冷却系统的冷却效果进行标定；其中，所述冷却强度是通过理想条件下冷却壁的热面温度与实际条件下冷却壁的热面温度的温度比值来计算；所述温度比值越高，说明高炉冷却系统的冷却效果越好。所述方法直接针对能体现冷却系统本质冷却能力的物理量——冷却壁热面温度，以冷却壁热面温度作为研究对象，简单明了，且实用性的意义较大；为以后定量比较分析不同高炉冷却系统的冷却能力建立了统一标准，也为后续对高炉冷却系统的冷却能力的深入分析打下坚实基础。

A Computer Calibration Method for Cooling Effect of Blast Furnace Cooling System

【技术实现步骤摘要】
一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法
本专利技术属于高炉冷却系统领域，适用于对高炉冷却系统冷却能力的优良性的评判方面，具体涉及一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法。
技术介绍
高炉冷却系统对于保证高炉顺行、实现高炉长寿有着重要意义。因此，定量衡量各个冷却系统的冷却能力对进一步认识高炉冷却系统的本质有着举足轻重的作用。然而，影响高炉冷却系统冷却能力的因素众多，到目前为止也没有统一的衡量标准。最早的关于高炉冷却强度的分析都是基于单层平板稳态传热，从而对高炉冷却强度进行定性分析。表达式如下：式中：q——单位时间的传热量，J/(s·m2)；δ——平板厚度，m；A——垂直于热流方向的传热面积，m2；t1，t2——平板两侧表面的温度，K；λ——传热系数，W/(m·K)；由于高炉内煤气流的变化，实质上高炉的冷却并非稳态传热，只是把某段时间内变动较小的情况视为稳态传热。对于非稳态传热，常用下式：该式的物理意义是：炉内某点温度t水时间τ的变化率与该点的温度梯度沿x方向上的变化率成正比，其比例常数是炉墙的导热系数。其根本还是温度梯度。现在关于高炉冷却强度的分析都是基于多层平板稳态传热。高炉炉体传热可以视为由渣皮、炉衬以及光面冷却壁组成的多层平板传热，其传热方程如下：式中，q代表热流强度，S1、S2代表渣皮炉衬厚度，λ1、λ2、λ3代表渣皮、炉衬及冷却壁导热系数，a代表冷却壁水管中心线距其热面的厚度，k代表冷却介质的放热系数，d代表冷却水管直径，L代表冷却壁的管间距，T1、T2代表渣皮内表面及冷却水的平均温度。综上，每一层其热传递过程任然依赖于温度梯度，而温度梯度在高炉实践中很难准确计算；另外对于高炉冷却系统的冷却能力还没有统一的定量标准，不利于对冷却系统的深入研究。此外，在高炉冷却系统中，不同类型的冷却壁，其结构有很大的差异；相同炉容级别或不同炉容级别的高炉，在各个部位的冷却结构也各不相同；不同高炉的冷却系统的供水方式也有很大差异；这就造成了不同高炉冷却系统的冷却能力的差异。现有技术中，比较高炉冷却系统冷却能力强弱的标准，都是以高炉为核心，即高炉炉体是否能有效冷却；但是，这样的标准只能说明：针对某一高炉，该高炉自身的冷却系统的冷却能力很好，而不同高炉冷却系统的冷却能力的比较没有统一标准。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，该方法定义了高炉冷却系统的冷却强度和冷却效率两个物理量，能很好地标定高炉冷却系统的冷却效果，冷却强度/冷却效率越高，高炉的冷却效果越好。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，所述方法采用高炉冷却强度或冷却效率对高炉冷却系统的冷却效果进行标定；所述冷却强度是通过理想条件下冷却壁的热面温度与实际条件下冷却壁的热面温度的温度比值来计算；所述温度比值越高，说明高炉冷却系统的冷却效果越好。进一步地，所述理想条件下冷却壁的热面温度与实际条件下高炉冷却壁的热面温度的比值，采用公式表示如下：其中，I为冷却强度，Tideal为理想条件下的高炉冷却壁的热面温度，单位为K，Tactual为实际条件下的高炉冷却壁的热面温度，单位为K。进一步地，采用所述冷却强度对高炉冷却系统的冷却效果进行标定时，将高炉冷却系统视为由炉衬、填料层以及光面冷却壁等组成的多层平板传热；包括如下步骤：步骤1，测量高炉冷却系统的参数；步骤2，利用步骤1中测量得到的参数，计算高炉冷却系统在理想条件下冷却壁的热面温度Tideal；步骤3，利用步骤1中测量得到的参数，计算高炉冷却系统在实际条件下冷却壁的热面温度Tactual；步骤4，计算所述高炉冷却系统的冷却强度：将步骤2和步骤3计算得到的Tideal和Tactual代入式(1)，得到所述高炉冷却系统的冷却强度，并以此对所述高炉冷却系统的冷却效果进行标定。进一步地，步骤1中所述参数包括铸铁冷却壁尺寸、炉役末期砖衬厚度、砖衬导热系数、填料层厚度、填料层的导热系数、冷却壁水管管径、水管间距、铁水温度、铁水与内衬热面的换热系数、水流速度、水的热导率、水的比热容、水的密度、水的运动粘度、水管管壁的导热率、涂层厚度、涂层导热率、气隙厚度、气隙中气体导热率、铸铁冷却壁的导热率、冷却壁热面与气隙层热面的有效距离、进水温度和出水温度。进一步地，所述多层平板传热中，假设在传热过程中，各个层的导热系数不变；则其传热公式为：其中，q为热流强度，λ为导热系数，x为平行但相反于热流传递的方向，为热流传递方向的温度梯度，△T为两介质之间的温差，R为两介质及两介质之间的平板的总热阻。进一步地，所述步骤2的具体内容是：步骤2.1，采用单电偶法或者双电偶法并结合式(3)计算理想条件下高炉在沿着径向方向的热流强度qideal：设定在理想条件下冷却壁中冷却水的进水温度T’进和出水温度相等，高炉中铁水到冷却水之间的总热阻RA为：其中，1/α1为炉内铁水与砖衬之间的对流换热过程的热阻，∑Li/λι为炉衬、填料层和光面冷却壁的热阻之和，1/α2为冷却水与冷却壁管壁之间的对流换热过程的热阻；将理想条件下的出水温度、铁水温度和铁水到冷却水之间的总热阻代入式(3)，得到：其中，△TA为铁水温度和冷却水出水温度之差；计算得到理想条件下高炉在沿着径向方向的热流强度qideal；步骤2.2，计算理想条件下冷却壁的热面温度Tideal：设定qideal恒定，高炉中铁水到冷却壁热面的总热阻RB为：将进水温度、热流强度和铁水到冷却壁热面的总热阻代入式(3)，得到：其中，△TB为铁水温度和理想条件下冷却壁的热面温度之差；计算得到所述高炉冷却系统在理想条件下冷却壁的热面温度Tideal。进一步地，步骤3的具体内容是：检测在实际条件下冷却壁中冷却水的出口温度T出，实际条件下的进水温度与理想条件下的进水温度数值相同；依照所述步骤2的计算过程，计算得到所述高炉冷却系统在实际条件下冷却壁的热面温度Tactual。进一步地，所述冷却效果是通过实际条件下高炉冷却系统带走的热量与理想条件下高炉冷却系统带走的热量的热量比值，所述热量比值越高，说明高炉冷却系统的冷却效果越好；采用公式表示如下：其中，η为冷却效率，Qactual为实际条件下高炉冷却系统带走的热量，单位为J；Qideal为理想条件下冷却系统带走的热量，单位为J。进一步地，采用所述冷却效率对高炉冷却系统的冷却效果进行标定时，将高炉冷却系统视为由炉衬、填料层以及光面冷却壁等组成的多层平板传热；包括所述步骤1，还包括如下步骤：S2，高炉冷却系统的传热为沿着径向方向的一维传热过程，根据步骤1得到的参数，计算在实际条件下，高炉冷却系统可带走的热量为：Qactual＝cmΔT＝cm(T出-T进)＝cvt·4A1·ρ(T出-T进)式(4)其中，c——冷却水的比热容，J/(kg·K)；m——冷却水的质量，kg；v——冷却水的进水速度，m/s；t——冷却时间，s；A1——每一根冷却水管的横截面积，m2；ρ——冷却水的密度，kg/m3；T出——实际条件下，冷却壁中冷却水的出水温度，K；T进——实际条件下，冷却壁中冷却水的进水温度，K；S3，计算在理想条件下，高炉冷却系统可带走的热量为：Qideal＝qidealA2t式(5)其中，qideal—本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，其特征在于，所述方法采用高炉冷却强度或冷却效率对高炉冷却系统的冷却效果进行标定；所述冷却强度是通过理想条件下冷却壁的热面温度与实际条件下冷却壁的热面温度的温度比值来计算；采用所述冷却强度对高炉冷却系统的冷却效果进行标定时，将高炉冷却系统视为多层平板传热；包括如下步骤：步骤1，测量高炉冷却系统的参数；步骤2，利用步骤1中测量得到的参数，计算高炉冷却系统在理想条件下冷却壁的热面温度Tideal；步骤3，利用步骤1中测量得到的参数，计算高炉冷却系统在实际条件下冷却壁的热面温度Tactual；步骤4，计算所述高炉冷却系统的冷却强度：将步骤2和步骤3得到的Tideal和Tactual计算所述温度比值，最终得到所述高炉冷却系统的冷却强度。

【技术特征摘要】
1.一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，其特征在于，所述方法采用高炉冷却强度或冷却效率对高炉冷却系统的冷却效果进行标定；所述冷却强度是通过理想条件下冷却壁的热面温度与实际条件下冷却壁的热面温度的温度比值来计算；采用所述冷却强度对高炉冷却系统的冷却效果进行标定时，将高炉冷却系统视为多层平板传热；包括如下步骤：步骤1，测量高炉冷却系统的参数；步骤2，利用步骤1中测量得到的参数，计算高炉冷却系统在理想条件下冷却壁的热面温度Tideal；步骤3，利用步骤1中测量得到的参数，计算高炉冷却系统在实际条件下冷却壁的热面温度Tactual；步骤4，计算所述高炉冷却系统的冷却强度：将步骤2和步骤3得到的Tideal和Tactual计算所述温度比值，最终得到所述高炉冷却系统的冷却强度。2.根据权利要求1所述的一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，其特征在于，所述冷却强度采用公式表示如下：其中，I为冷却强度，Tideal为理想条件下的高炉冷却壁的热面温度，单位为K，Tactual为实际条件下的高炉冷却壁的热面温度，单位为K。3.根据权利要求1所述的一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，其特征在于，所述多层平板传热中，假设在传热过程中，各个层的导热系数不变；则其传热公式为：其中，q为热流强度，λ为导热系数，x为平行但相反于热流传递的方向，为热流传递方向的温度梯度，△T为两介质之间的温差，R为两介质及两介质之间的平板的总热阻。4.根据权利要求3所述的一种高炉冷却系统的冷却效果的计算机标定方法，其特征在于，所述步骤2的具体内容是：步骤2.1，采用单电偶法或者双电偶法并结合式(3)计算理想条件下高炉在沿着径向方向的热流强度qideal：设定在理想条件下冷却壁中冷却水的进水温度T’进和出水温度相等，高炉中铁水到冷却水之间的总热阻RA为：其中，1/α1为炉内铁水与砖衬之间的对流换热过程的热阻，∑Li/λι为炉衬、填料层和光面冷却壁的热阻之和，1/α2为冷却水与冷却壁管壁之间的对流换热过程的热阻；将理想条件下的出水温度、铁水温度和铁水到冷却水之间的总热阻代入式(3)，得到：其中，△TA为铁水温度和冷却水出水温度之差；计算得到理想条件下高炉在沿着径向方向的热流强度qideal；步骤2.2，计算理想条件下冷却壁的热面温度Tideal：设定qideal恒定，高炉中铁水到冷却壁热面的总热阻RB为：将进水温度、热流强度和铁水到冷却壁热面的总热阻代入式(3)，得到：其中，△TB为铁水温度和理想条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦克新，王凯，张建良，刘征建，沈猛，王广伟，张磊，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11