應(yīng)用多因素耦合數(shù)值計(jì)算210 t鋼包熱狀態(tài)分級(jí)

袁　飛， 徐安軍， 賀東風(fēng)， 汪紅兵

(1.北京科技大學(xué) 冶金與生態(tài)工程學(xué)院， 北京 100083；2.鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京科技大學(xué))， 北京 100083；3.北京科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通訊工程學(xué)院， 北京 100083)

應(yīng)用多因素耦合數(shù)值計(jì)算210 t鋼包熱狀態(tài)分級(jí)

袁飛1,2， 徐安軍1,2， 賀東風(fēng)1,2， 汪紅兵3

(1.北京科技大學(xué) 冶金與生態(tài)工程學(xué)院， 北京 100083；2.鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京科技大學(xué))， 北京 100083；3.北京科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通訊工程學(xué)院， 北京 100083)

摘要:為精確管控周轉(zhuǎn)鋼包造成的鋼水溫降，以降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度并減少能耗，使用有限元軟件Ansys14和ParaMesh2.3網(wǎng)格隨移技術(shù)建立鋼包的傳熱計(jì)算模型，分析新包烘烤時(shí)間、空包時(shí)間、在線烘烤、離線烘烤時(shí)間和包襯侵蝕對(duì)鋼包熱狀態(tài)及鋼水溫降的耦合影響；使用紅外法實(shí)測(cè)溫度，對(duì)比驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性. 根據(jù)計(jì)算的鋼水溫度補(bǔ)償值，建立包含包況信息編碼的鋼包熱狀態(tài)分級(jí)表. 結(jié)果表明：受烘烤時(shí)間影響，第一包齡鋼水溫降變化范圍是32.0～39.6 K；空包3 h無(wú)在線烘烤情況下，鋼水溫降約為47 K；有在線烘烤的情況下,前10 min的在線烘烤能夠使鋼水溫降減少3.1～6.2 K；鋼包侵蝕對(duì)包襯溫度影響較大，但對(duì)鋼水溫降影響不大，最高不超過(guò)1 K. 分級(jí)表應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，為轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的設(shè)定和配包提供了依據(jù)，使M鋼廠主要鋼種出鋼溫度降低2.3～13.2 K.

關(guān)鍵詞:鋼包;鋼水溫降;鋼包分級(jí);溫度場(chǎng);耦合

目前，煉鋼廠多存在轉(zhuǎn)爐出鋼溫度過(guò)高[1]和鋼水溫度管控精度低[2]的問(wèn)題，鋼包作為鋼水運(yùn)輸容器連接轉(zhuǎn)爐至連鑄區(qū)段，鋼包傳熱[3]是影響鋼水溫度的重要因素. 現(xiàn)場(chǎng)溫度實(shí)測(cè)[4]可以定性分析鋼包與鋼水溫度的關(guān)系，但由于無(wú)法剝離其他非鋼包因素的影響，同時(shí)由于影響因素的復(fù)雜多樣性，無(wú)法獲得精確的規(guī)律.Zimmer等[5]使用在包襯內(nèi)埋設(shè)熱電偶的方法，估計(jì)鋼包周轉(zhuǎn)各階段的包襯溫度分布.數(shù)值計(jì)算能夠解析單因素下鋼包對(duì)鋼水溫度的影響[6]，Camdali等[7]使用穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算研究LF精煉過(guò)程鋼包對(duì)鋼水溫降的影響.Tripathi等[8]通過(guò)建立CFD模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法研究了鋼包包齡對(duì)鋼水溫降影響.楊治立等[9]使用有限元法模擬鋼包瞬態(tài)傳熱，并采用能量守恒分析，研究靜置和澆鑄兩階段內(nèi)鋼包導(dǎo)致的鋼水溫降值.但若要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，需要研究綜合因素影響下全工序的鋼包熱狀態(tài)和鋼水溫度變化.

本文使用有限元軟件Ansys14和ParaMesh2.3網(wǎng)格隨移技術(shù)，研究全工序過(guò)程中烘烤時(shí)間、空包時(shí)間、包齡和包襯侵蝕[10]等因素對(duì)M鋼廠210 t鋼包熱狀態(tài)的影響規(guī)律，以及復(fù)雜鋼包熱狀態(tài)對(duì)鋼水溫降的影響，提出了一種基于多因素耦合模擬計(jì)算建立鋼包分級(jí)的方法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用.

1建立傳熱模型

M煉鋼廠生產(chǎn)流程包括“轉(zhuǎn)爐—鋼包爐精煉—連鑄”和“轉(zhuǎn)爐—真空循環(huán)脫氣精煉—連鑄”兩種，受生產(chǎn)計(jì)劃影響，在線周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量變化范圍為6～11包.

1.1鋼包的材質(zhì)和幾何模型

鋼包高度5.2 m，鋼包內(nèi)腔深度4.06 m，包口外徑4.63 m，包口內(nèi)徑4.00 m，鋼包有效容積約30 m3，無(wú)絕熱層.

現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)測(cè),獲得鋼包耐材的熱物性參數(shù)(見(jiàn)表1). 鋼水等其他熱物性參數(shù)參閱文獻(xiàn)[11].

表1　鋼包各層的物性參數(shù)

1.2控制方程和邊界條件

由于鋼包傳熱的復(fù)雜特性，對(duì)其進(jìn)行以下假設(shè)：1)忽略鋼包內(nèi)各層之間的接觸熱阻[12]；2)認(rèn)為鋼包烘烤時(shí)煤氣燃燒的溫度分布均勻；3)忽略鋼包各層的熱膨脹；4)忽略耳軸、水口和滑板等附件[13]；5)認(rèn)為鋼水溫度分布均勻，鋼包運(yùn)輸過(guò)程中鋼水溫度變化對(duì)包襯傳熱影響較小，溫度恒定為1 923 K；6)包蓋對(duì)鋼包包體熱狀態(tài)影響很小，文中忽略；7)鋼包為漫射(漫發(fā)射、漫反射)灰體.

1.2.1傳熱控制方程[14]

包襯溫度控制方程使用圓柱坐標(biāo)系下的傅里葉導(dǎo)熱微分方程：

1.2.2烘烤過(guò)程

烘烤過(guò)程的邊界條件包括鋼包內(nèi)壁和鋼包外壁的邊界條件：

內(nèi)表面邊界條件為

外表面邊界條件為

式中：Q氣內(nèi)和Q外環(huán)分別為火焰向包襯內(nèi)表面?zhèn)鬟f的熱量以及包外表面向環(huán)境傳遞的熱量，J·s-1；C0為黑體輻射系數(shù)，為5.67 W·m-2·K-4；ε內(nèi)為包襯內(nèi)表面的黑度；ε氣為火焰煙氣的黑度；α氣為火焰煙氣的吸收率；T氣、T內(nèi)、T外、T環(huán)為火焰煙氣、鋼包內(nèi)外表面和環(huán)境的溫度，K；A氣-內(nèi)為火焰煙氣向鋼包內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù)，W·m-2·K-1；B內(nèi)、B外分別為鋼包內(nèi)、外表面積，m2；h外-環(huán)為合并了對(duì)流和輻射傳熱的綜合換熱系數(shù)，W·m-2·K-1.

1.2.3空包過(guò)程

空包冷卻階段，認(rèn)為包內(nèi)空氣是熱輻射的透明體，不具有發(fā)射和吸收輻射的能力，此階段鋼包內(nèi)表面的邊界條件是

式中：F內(nèi)-頂為內(nèi)表面對(duì)包頂虛擬面的角系數(shù)，ε環(huán)為環(huán)境的黑度.

鋼包外表面的邊界條件和烘烤階段相同.

1.2.4滿包過(guò)程[15-16]

鋼水傳熱控制方程為

滿包時(shí)內(nèi)表面的邊界條件為

外表面的邊界條件為

式中：m鋼為鋼水質(zhì)量，kg；q是熱流密度，W·m-2；τ是時(shí)間，s；下標(biāo)：內(nèi)壁、內(nèi)底、自分別表示包壁內(nèi)面、包底內(nèi)面和鋼水渣層自由面.

1.2.5出鋼和澆鑄過(guò)程

邊界條件類似于滿包過(guò)程；澆鑄過(guò)程可以看成是出鋼過(guò)程的逆過(guò)程，傳熱邊界條件和控制方程和出鋼過(guò)程類似.

2計(jì)算方法及模型驗(yàn)證

2.1計(jì)算方法

根據(jù)耐火材料的不同，在有限元軟件Ansys14中，將包殼和永久層分別設(shè)置為連續(xù)的整體，渣線、包壁工作層、包底沖擊區(qū)工作層、非沖擊區(qū)工作層、包底磚和圍罐磚單獨(dú)做幾何劃分，分別對(duì)各部分指定不同的耐材特性[17].模型共使用單元28 383個(gè)平面4節(jié)點(diǎn)熱實(shí)體單元(PLANE55)，對(duì)出鋼、滿包和澆鑄過(guò)程，使用0～611個(gè)表面效應(yīng)單元(SURF151).使用Paramesh2.3網(wǎng)格隨移技術(shù)處理鋼包壁的侵蝕變薄過(guò)程，允許網(wǎng)格有大的移動(dòng)而仍然保持求解精度.

2.2模型驗(yàn)證

使用紅外測(cè)溫槍對(duì)包殼6個(gè)不同高度的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證.測(cè)溫槍物距比50∶1，精度±1 K.對(duì)鋼包在上線前烘烤前16 h的升溫過(guò)程進(jìn)行了實(shí)測(cè)值和模擬值的對(duì)比. 圖1顯示了標(biāo)記點(diǎn)1和4處的溫度變化，標(biāo)記點(diǎn)1距包底1.4 m，標(biāo)記點(diǎn)4距包口1.9 m.對(duì)包殼6個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的溫度取平均值，代表包殼的平均溫度. 經(jīng)對(duì)比數(shù)值計(jì)算和實(shí)測(cè)的誤差在4%以內(nèi)，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性.

(a) 1號(hào)標(biāo)記點(diǎn)

(b) 4號(hào)標(biāo)記點(diǎn)

3計(jì)算結(jié)果與分析

不同的鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)主要影響鋼包烘烤和空包時(shí)間，而轉(zhuǎn)爐出鋼、精煉、連鑄澆注時(shí)間以及滿包的吊運(yùn)及等待時(shí)間等變化較小，根據(jù)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，鋼包周轉(zhuǎn)過(guò)程各工序的平均時(shí)間為：上線前烘烤10 h、在線烘烤30 min, 出鋼過(guò)程7 min, 出鋼結(jié)束至精煉開(kāi)始的吊運(yùn)及等待15 min,精煉30 min,精煉結(jié)束至澆注開(kāi)始的吊運(yùn)及等待20 min,澆注35 min,空包(澆注結(jié)束至在線烘烤開(kāi)始)60 min.當(dāng)研究某一過(guò)程時(shí)間因素的影響規(guī)律時(shí)，其它過(guò)程的時(shí)間按以上數(shù)據(jù)取值.

3.1上線前烘烤時(shí)間的影響

模擬不同上線前烘烤時(shí)間下，鋼包蓄熱飽和前包襯的溫度變化，并基于能量守恒，計(jì)算了每次包齡從轉(zhuǎn)爐出鋼至澆鑄結(jié)束過(guò)程鋼包對(duì)鋼水造成的溫降值：

式中：c鋼為鋼水比熱容，J·kg-1·K-1；q為熱流密度，W·m-2；ΔT鋼是鋼水溫度變化，K；將與鋼水接觸的內(nèi)表面按節(jié)點(diǎn)劃分為483個(gè)微元面，i為每個(gè)微元面的序號(hào).

圖2顯示了上線前烘烤6～12 h對(duì)鋼水溫降的影響，新包第一個(gè)循環(huán)周期(第一包齡)造成的鋼水溫降較大，鋼包在周轉(zhuǎn)到第10包齡達(dá)到蓄熱飽和，造成鋼水溫降約30 K.烘烤6 h時(shí)，第一包齡鋼包造成鋼水溫降約40 K，通過(guò)延長(zhǎng)烘烤時(shí)間，能夠有效降低鋼水溫降，烘烤60 h時(shí)，第一包齡鋼包造成鋼水溫降約32 K，已經(jīng)接近于M煉鋼廠鋼包蓄熱飽和狀態(tài)下造成的鋼水溫降值30 K.

圖2　不同上線前烘烤時(shí)間導(dǎo)致鋼水溫降

3.2空包時(shí)間和在線烘烤時(shí)間的影響

M鋼廠出鋼前鋼包于在線烘烤位進(jìn)行在線烘烤，對(duì)空包時(shí)間1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 h后，在線烘烤0、10、20、30、40 min的鋼包后續(xù)周轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行傳熱計(jì)算.圖3是對(duì)鋼水溫降的影響.空包3 h，不進(jìn)行在線烘烤時(shí)，周轉(zhuǎn)過(guò)程鋼水溫降約47 K；當(dāng)空包1.5 h，在線烘烤40 min時(shí)，周轉(zhuǎn)過(guò)程中鋼包造成鋼水溫降是32 K.

在線烘烤前10 min對(duì)包襯蓄熱的提升較為明顯，能夠降低后續(xù)鋼水溫降3.1～6.2 K，在線烘烤對(duì)降低鋼水溫降的效果隨著烘烤時(shí)間增加而減少.

圖3　空包和在線烘烤時(shí)間對(duì)鋼水溫降的影響

3.3周轉(zhuǎn)過(guò)程離線烘烤時(shí)間的影響

生產(chǎn)中，鋼包熱修完畢后可能進(jìn)入離線狀態(tài)，空包等待一段時(shí)間，隨后進(jìn)行離線烘烤后再次上線周轉(zhuǎn).模擬空包1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 h，以及每種情況下離線烘烤時(shí)間1、3、5、10、20和30 h，研究鋼包的包襯溫度變化狀況和鋼水溫降,結(jié)果見(jiàn)圖4.

圖4表明，當(dāng)空包1 h時(shí)，離線烘烤1 h使后續(xù)鋼包導(dǎo)致鋼水溫降約30 K，而增加離線烘烤時(shí)間反而會(huì)增加鋼水溫降，這是由于空包時(shí)間較短，包襯蓄熱較多，鋼包的散熱量大于離線烘烤給包襯的傳熱量.當(dāng)空包時(shí)間大于1.5 h時(shí)，增加離線烘烤時(shí)間有助于減少后續(xù)鋼水溫降，對(duì)于不同情況下的鋼包，離線烘烤時(shí)間大于20 h時(shí)對(duì)鋼水溫降的影響不大，隨離線烘烤時(shí)間延長(zhǎng)，鋼水溫降值趨于約32 K.

圖4　離線烘烤時(shí)間對(duì)鋼水溫降的影響

3.4包襯侵蝕的影響

鋼水和渣[18]的沖刷侵蝕使包襯工作層的厚度逐漸減小.M鋼廠在第41和82包齡后對(duì)鋼包進(jìn)行小修，包底殘厚110 mm，渣線殘厚100 mm；第123包齡后進(jìn)行中修，包底殘厚110 mm，包壁殘厚90 mm，渣線殘厚100 mm；10次中修后進(jìn)行大修，更換全部永久層和工作層.對(duì)一個(gè)中修周期(即123包齡)，按照工作層平均侵蝕速度，使用網(wǎng)格隨移技術(shù)更改模型網(wǎng)格的尺寸，模擬鋼包周轉(zhuǎn)過(guò)程的包襯侵蝕.

圖5顯示了第6包和第117包鋼包受侵蝕影響的變化，并對(duì)比了兩者在澆鑄開(kāi)始時(shí)刻的包襯溫度分布，第117包鋼包的渣線、包壁和包底厚度相較第6包明顯變薄，同時(shí)包殼表面的溫度更高.

圖5　鋼包受侵蝕影響溫度分布對(duì)比(K)

圖6顯示了包襯侵蝕對(duì)鋼水溫降的影響規(guī)律，第1包和小修完畢后的第42包、83包，鋼水溫降分別為36.8、37.1和37.2 K，溫降差異很小.蓄熱飽和后，第35包、76包和117包，鋼包造成的鋼水溫降為30.1、30.7和31.1 K，侵蝕對(duì)蓄熱飽和鋼包導(dǎo)致鋼水溫降的影響較小，最高為1 K，其原因是雖然侵蝕包的包殼外表面散熱量大，但由于侵蝕使包襯質(zhì)量減少，而導(dǎo)致包襯蓄熱量減少，兩種因素互為抵消，它們的綜合作用使鋼水通過(guò)鋼包損失的熱量相差不大.

圖6　包襯侵蝕對(duì)鋼水溫降的影響

4鋼包熱狀態(tài)分級(jí)

4.1鋼包熱狀態(tài)分級(jí)設(shè)計(jì)

4.1.1鋼包分級(jí)信息編碼

鋼包分級(jí)信息編碼按照對(duì)鋼包蓄熱狀態(tài)影響的4類因素進(jìn)行分位編排:

1)上線前烘烤時(shí)間. 鋼包未達(dá)蓄熱飽和，根據(jù)上線前烘烤時(shí)間6、8、…、60 h的模擬結(jié)果，對(duì)應(yīng)鋼包第1位分級(jí)編碼A、B、…、I，對(duì)于蓄熱飽和狀態(tài)的鋼包，其第1位鋼包信息編碼為O.

2)包齡和包襯侵蝕[19]. 不同烘烤時(shí)間對(duì)應(yīng)鋼包達(dá)到蓄熱飽和的周轉(zhuǎn)次數(shù)不同，編碼第1位A～I(xiàn)對(duì)應(yīng)的蓄熱周期有1～10、1～9、1～8、1～7、1～6、1～5包這幾種情況，該包齡為第2位編碼，編碼對(duì)應(yīng)了包齡對(duì)鋼水溫降的模擬結(jié)果；第1位編碼為O的鋼包，即蓄熱飽和的鋼包，此時(shí)X、Y、Z為第2位編碼，表征 1～41、42～82、83～123包的侵蝕影響，X、Y、Z分別對(duì)應(yīng)鋼水補(bǔ)償溫降為0、0.5、1.0 K. 1、2位信息編碼詳情見(jiàn)表2.

表2　鋼包分級(jí)第1、2位編碼信息

3)空包時(shí)間. 第3位信息編碼A～E，表示空包時(shí)間1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，編碼根據(jù)相關(guān)模擬結(jié)果對(duì)應(yīng)鋼水溫降值.

4)在線烘烤和離線時(shí)間. 第4位信息編碼Z0、Z1、Z2、Z3、Z4，表示在線烘烤0、10、20、30、40 min，編碼根據(jù)在線烘烤時(shí)間影響的模擬結(jié)果對(duì)應(yīng)鋼水溫降值；若鋼包轉(zhuǎn)為離線烘烤，第4位信息編碼為L(zhǎng)1、L2、L3、L4，表示離線烘烤1、3、5、20 h，對(duì)應(yīng)離線烘烤的模擬結(jié)果中的鋼水溫降值.

4.1.2多因素耦合分級(jí)

對(duì)4類分級(jí)編碼對(duì)應(yīng)的包況進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算對(duì)鋼包熱狀態(tài)和鋼水溫降的耦合影響，則有

式中：T溫降和T補(bǔ)償是4類影響因素耦合影響下鋼包導(dǎo)致鋼水溫降值和溫度補(bǔ)償值，T標(biāo)是M煉鋼廠蓄熱飽和鋼包的包襯傳熱導(dǎo)致鋼水溫降值，其值為30 K，T1是包齡和上線前烘烤因素影響鋼包導(dǎo)致鋼水溫降值，T2是空包時(shí)間和在線烘烤或離線烘烤時(shí)間影響導(dǎo)致鋼水溫降值，T疊加是4類因素兩兩耦合后鋼水溫度補(bǔ)償值的線性疊加.

由于4類因素組合情況非常多，直接計(jì)算全部的T補(bǔ)償工作量巨大，難以實(shí)現(xiàn)；而計(jì)算T疊加只需分別計(jì)算兩種因素耦合情況并進(jìn)行疊加，計(jì)算量大大降低.比較T疊加與T補(bǔ)償，計(jì)算其誤差，當(dāng)其他因素固定時(shí)，誤差隨包齡增加而減小，部分編碼的誤差值詳見(jiàn)表3，當(dāng)誤差<0.1 K時(shí)，用T疊加近似代替T補(bǔ)償.

表3　部分信息編碼的T疊加與T補(bǔ)償?shù)恼`差值　K

4.2應(yīng)用及效果

在數(shù)值計(jì)算中，選取離散有限的特征時(shí)間代表一定范圍內(nèi)的烘烤或空包時(shí)間，并結(jié)合包齡等影響因素，建立包含鋼水溫度補(bǔ)償信息的完整鋼包分級(jí)信息表.信息表集成在鋼包信息管理軟件中，通過(guò)包況實(shí)時(shí)自動(dòng)判斷鋼包等級(jí)，提供鋼包導(dǎo)致的鋼水溫度補(bǔ)償信息，為現(xiàn)場(chǎng)配包提供判據(jù).

表4根據(jù)3 760組現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，比較使用前后平均轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和精煉廢鋼使用量(由于鋼水溫度過(guò)高，經(jīng)常需要在精煉過(guò)程添加廢鋼以降低鋼水溫度)，鋼包分級(jí)使用后主要鋼種的平均出鋼溫度有明顯的下降，下降值在2.3～13.2 K間，出鋼溫度的降低使精煉加入廢鋼量明顯減少，減少0.18～1.44 t.

表4　鋼包分級(jí)使用效果對(duì)比

5結(jié)論

1)使用有限元方法建立周轉(zhuǎn)各工序的鋼包傳熱模型，計(jì)算了多種因素對(duì)鋼包熱狀態(tài)和鋼水溫降的影響規(guī)律.上線前烘烤時(shí)間由6 h增加至60 h時(shí)，第1包齡鋼包造成鋼水溫降值由39.6 K降低至32 K.不同空包時(shí)間，前10 min的在線烘烤能減少鋼水溫降3.1～6.2 K.空包時(shí)間大于11.5 h時(shí)，增加離線烘烤時(shí)間有助于減少鋼水溫降.

2)使用網(wǎng)格隨移方法計(jì)算鋼包侵蝕對(duì)傳熱影響. 包襯侵蝕變薄對(duì)鋼包造成鋼水溫降值影響較小，侵蝕造成的鋼水溫降增加最多為1 K.

3)通過(guò)對(duì)鋼水溫度補(bǔ)償值的疊加和直接計(jì)算結(jié)果的誤差分析，減少了多因素耦合計(jì)算的工作量，實(shí)現(xiàn)了全因素耦合影響下鋼包熱狀態(tài)和鋼水溫降規(guī)律的計(jì)算.

4)考慮包齡、上線前烘烤時(shí)間、空包時(shí)間、在線和離線烘烤時(shí)間的耦合影響，基于數(shù)值計(jì)算，從造成鋼水溫降的角度完成鋼包熱狀態(tài)分級(jí)，鋼包的信息編碼和分級(jí)表應(yīng)用于M鋼廠鋼包管理系統(tǒng)，指導(dǎo)配包和鋼水溫控，降低不同鋼種的轉(zhuǎn)爐出鋼溫度2.3～13.2 K，減少精煉廢鋼使用量0.18～1.44 t.

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(編輯楊波)

Thermal state classification of 210 t ladle using multi-factor coupling numerical calculation

YUAN Fei1,2, XU Anjun1,2, HE Dongfeng1,2, WANG Hongbing3

(1.School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083，China；2. State Key Laboratory of Advanced Metallurgy(University of Science and Technology Beijing)， Beijing 100083， China；3. School of Computer and Communication Engineering，University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083，China)

Abstract:To accurately control molten steel temperature drop caused by turnover ladle and reduce tapping temperature and energy consumption, the heat transfer computation model for ladle was built by using the software Ansys14 and adaptive mesh refinement of ParaMesh2.3. The influence of preheating time before ladle going online, cooling time, online preheating time, offline preheating time and erosion of ladle lining on the thermal storage of ladle and molten steel temperature drop was analyzed. The infrared measured data was used to verify the veracity of the model. The ladle classification table including ladle condition information coding has been built, which was based on calculated molten steel temperature compensation. The research result showed that the molten steel temperature drop varies from 32.0 K to 39.6 K influenced by the preheating time when ladle in the first thermal circulation. The molten steel temperature drop was 47 K when the cooling time was 3 hours with no online preheating. Molten steel temperature drop could be decreased by 3.1 K～6.2 K through the first online preheating for 10 min. The erosion of ladle lining had a big influence on the temperature field of ladle lining but not on the temperature drop of molten steel, and the molten steel temperature drop could not be more than 1K. The ladle classification table can be used to the tapping temperature setting and ladle selecting. The main steel grades tapping temperature in the M steel plant was decreased by 2.3～13.2 K.

Keywords:ladle; molten steel temperature drop; ladle classification; temperature field; coupling

doi：10.11918/j.issn.0367-6234.2016.07.029

收稿日期:2015-10-08

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(51574032)；

作者簡(jiǎn)介:袁飛(1988—)，男，博士研究生； 徐安軍(1965—)，男，教授，博士生導(dǎo)師

通信作者:賀東風(fēng)，hdfcn@163.com

中圖分類號(hào):TD 701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0367-6234(2016)07-0176-06

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2012CB720405)