文 献 综 述
1.引言
使用高风温是当今世界炼铁技术发展的方向，提高风温有利于提高生产效率、增加煤比、降低焦比及生产成本。随着高炉的大型化，风温的水平也不断的提高。在风温不断提高的过程中，炼铁工作者们也必须要面临这新的挑战，如热风系统热风管系高温点多、管系开裂频繁等问题[1-5]。
2.高炉热风管简介
高炉炼铁是目前世界范围内应用最广泛的炼铁方式，通常每座高炉都要匹配三到四座热风炉，热风炉的作用是为高炉冶炼储存和提供热风，高炉和热风炉之间由热风管道相连接。高炉热风管道包括：热风支管、热风主管、混风室或竖管、热风围管、送风支管等部分组成。热风管道的内衬结构，通常采用耐火喷涂层 耐火纤维 轻质隔热耐火砖 工作层韧性莫来石砖，送风支管采用浇注料进行浇注。管道工作层韧性莫来石砖一般采用环缝砌筑，也有个别采用错缝砌筑方式。热风管道上各个部位（热风支管、热风主管、混风室或竖管、热风围管、送风支管和人孔）连接的三岔口或联络口多采用组合砖结构。热风管道受管道内高压气流对管道壁薄弱部位冲刷及管道受力不合理将导致出现管道烧红和漏风现象的出现，严重时会出现热风管道烧穿等大事故。 3.国内外的研究
3.1国内研究
国内对于高炉热风管系统方面的研究主要是对管道的安全性监测和进行有限元模拟、还有高炉热风管系统的设计方面的研究[6-9]。（1）对于高炉热风管系统的应力以及应变方面的监测，邓宏光、郑文肖、胜明针等人对提出过对其的应变测量方法[10],对于应变的测量，他们主要是采用电阻应变测试，电阻应变测试的工作原理是电阻应变效应,即应变片金属丝在受到应力作用时,其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。在实际应用中,将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元
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件或被测机械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时,粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形,引起应变片电阻发生相应的变化。这时,电阻应变片便将力学量(应变)转换为电阻的变化量输出。对于高炉热风管系统的温度监测方面，基于LCFM的分布式光纤热风管温度检测为了解决分布式光纤温度传感器在高炉热风管现场出现的温度漂移问题,采用光源中心频率匹配法对其进行了理论推导和实验验证。通过对入射光电流与参考光电流的差值进行检测来实时调整F-P光滤波器的带宽,使滤波器允许通过的频率范围始终包含光源的中心频率,实现滤波器带宽与光源中心频率的匹配。采用频率匹配法使光纤传感器输出的Raman比与距离的曲线在不同环境温度下基本重合,传感器的线性度约为0.52%。（2）对于高炉热风管系的有限元模拟，李华等人对于高炉热风管系的有限元模拟有过相关研究[11]他们主要对高炉热风管系进行了三维建模，并利用有限元软件进行了热风流场模拟、热风和管系的温度场模拟、热风管系的热应力场模拟，通过模拟的结果找出了热风管系在工作时的薄弱环节，并针对性地提出了改进方案，最后通过模拟进行了验证。（3）高炉热风管系统的设计，首先是对管道出现的一系列问题通过对管道以及气体进行流场分析，找出高温高压的空气对管道的影响，尤其是应力的影响，从而确定管道薄弱部位，对其结构优化和内衬进行改进；其次进行管道的结构优化，主要是根据管道支座和波纹管的设计要求来对管道的整体结构进行设计，包括管道支座的布置，波纹管的选择以及内衬的改造；最后利用工程软件对管道进行热应力分析，验证研究的可行性并确定技术改造方案[12-13]。 3.2国外的研究 国外对于高炉相关的研究主要是对高炉的材料性能和炉内流体对高炉的寿命的影响相关方面的研究；至于热风管系统相关方面的研究就比较少，主要有对有管道破坏方面的探究、研究管道内的风速对于管道的影响以及管道系统设计方面的研究[14-16]。（1）对某高炉热风管管胀形进行的研究[14]，该研究包括目视检查、 化学分析、光学和扫描电子显微镜对微观结构的表征、能谱分析(EDS)、 硬度测量和机械测试(拉伸和冲击测试)。在该文献中[14]热风管刚好在耐火材料衬里破裂的地方凸起。热风管的化学成分符合规范P265 GH (EN-10028), 是-种无硫碳钢。研究者通过对微观组织检查和能谱分析表明，吹管壳体内表面出现气孔、结垢、晶界氧化、脱碳和晶粒粗化,表明热风管壳体内部过热。从微观结构上看，晶界处空洞的形成知道了蠕变的开始。通过硬度测量和力学试验，得出膨部分的硬度和强度有所降低的相关结论。（2） 对于高炉的炉内流体对高炉的寿命影响研究方面[15-16]，主要是通过软件工具对高炉炉膛铁水流动特性进行计算流体动力学分析，铁高炉的使用寿命取决于炉缸的磨损，所以研究铁液流量分布和耐火温度对炉缸磨损有重要意义。建立了高炉炉缸三维综合计算流体动力学模型,包括热金属流动和通过耐火材料的共轭传热。应用建立模型的方法分析不同炉型和工况下的速度温度分布和磨损规律。 4.总结 对于高炉热风管的应力和应变相关方面的研究，不论是国内还是关外都没有很多实质性的研究。由于热风管是复杂的空间结构，传热路径复杂，在这方面国内尚没有开展相关的研究，国内的研究主要是在管道的合理结构的相关设计方面，很少会看到有关应力和应变的相关文献，所以说对于高炉热风管的应力和应变相关方面的研究还是处于比较浅层次的研究方面，而本次的课题主要是通过需要对热风管热机耦合应力进行分析，然后提出的热风管设计改造方案，以及检验改造设计方案的合理性。国内的相关研究主要是处于理论分析阶段，而本次课题的研究的优势就在于利用现有的有限元软件ANSYS，通过建模对热风管热机耦合应力进行分析，这种模拟手段能很好地与现有的理论相结合，对于热风管的相关研究有很好的推动作用[17]。 |
毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
要研究解决的问题:
最新的铁水冶炼采用高炉高温煤气加热，替代燃煤加热，热效率高，污染降低。1300oC的高温煤气由加热炉生成，然后通过热风管道送往高炉，进行冶炼生产。热风管为承受高温高速煤气，在内壁进行多层耐火防护，外管采用金属管，并采用膨胀节消除轴向变形。由于热风管较长，采用固定支座、滑动支座和弹簧支座复合支撑。正常工况下，外金属管温度不应高于90oC。某厂2号高炉热风管经常发生三岔口管壁烧穿、三岔口管壁下沉严重、三岔口附近水平位移过大等问题，引起严重的安全问题。因此，必须找到事故问题的原因。本课题首先需要针对现有问题，对热风管结构提出设计改造方案。对于提出的热风管设计改造方案，需要对改造后的热风管热机耦合应力进行分析，检验改造设计方案的合理性。
拟采用的研究手段：
(1)阅读和消化据图纸;
(2)采用Pro/Engineer或SolidWorks建立结构模型;
(3)采用HyperMesh进行有限元网格离散;
(4)采用ANSYS进行力学建模;
(5)采用ANSYS进行热机耦合应力计算;
(6)与实验测试结果进行对比分析.
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引用文献 [1]赵杨.3200m~3高炉工程热风炉系统设备及管道安装[J].天津冶金,2007(S1):131-135 187. [2]程琳,刘新斌.3200m~3高炉热风炉系统设计中采用的新技术[J].工业加热,2012,41(01):21-24. [3]陈辉. 大型高炉热风管系开裂原因的调查[A]. 中国金属学会、宝钢集团有限公司.第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集II[C].中国金属学会、宝钢集团有限公司:中国金属学会,2015:6. [4]徐国涛,黄新豪,向武国,刘黎.大型高炉热风炉送风主管破损的原因分析[J].钢铁研究,2013,41(03):37-41. [5]李东生,龙承俊,徐大勇.高风温热风炉热风管道系统合理结构研究[J].鞍钢技术,2002(03):16-19. [6]高坡,杨文杰,吴泽豪,赵明南,杨金堂.高炉热风管道结构的建模与优化设计研究[J].机械设计与制造,2013(07):63-66. [7]郭之明,张卫东,沈海波.高炉热风管系无线位移监测系统的应用及分析[J].冶金自动化,2012,36(02):66-69. [8]杨冬梅,李身钊.国内外热风炉高风温、长寿技术现状及对攀钢的建议[J].钢铁钒钛,1997(02):44-53. [9]张建良，国宏伟 ，陈冠军 ，倪苹.首钢迁安高炉高风温技术研究 [J] .2012年全国高炉长寿与高风温技术研讨会论文集， 344-359. [10]邓宏光,郑文,肖胜明.热风管拉杆应变监测及分析[J].冶金设备,2009(06):69-71. [11]李华,刘洋,钟毅,夏江涛.高炉热风管系的有限元模拟[J].装备维修技术,2014(03):50-53. [12]袁小钟.红外测温仪在高炉热风总管上的应用[J].浙江冶金,2011(04):3-5. [13]周振华. 热风炉热风管道系统设计浅析[A]. 中国金属学会.2012年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集（上）[C].中国金属学会:中国金属学会,2012:4. [14] Sinha, P.; Mukhopadhyay, G.; Bhattacharyya, S.Investigation on Bulging of Blow Pipe in a Blast Furnace,Journal of Failure Analysis and Prevention 257-63 [15]Zhou, C.Q.; Huang, D.; Yongfu Zhao; Chaubal,Computational Fluid Dynamics Analysis of 3D Hot Metal Flow Characteristics in a Blast Furnace Hearth , Journal of Thermal Science and Engineering Applications MARCH 2010, Vol. 2 / 011006-1 [16]Xi-Ping Guo; Wen-Yue Han,Research on the reasonable air velocity of blast furnace tuyere,Advanced Materials Research [17]邱耕. 2000m~3高炉热风总管热变形分析与处理[A]. 中国金属学会.第八届（2011）中国钢铁年会论文集[C].中国金属学会:中国金属学会,2011:3 |
文 献 综 述
1.引言
使用高风温是当今世界炼铁技术发展的方向，提高风温有利于提高生产效率、增加煤比、降低焦比及生产成本。随着高炉的大型化，风温的水平也不断的提高。在风温不断提高的过程中，炼铁工作者们也必须要面临这新的挑战，如热风系统热风管系高温点多、管系开裂频繁等问题[1-5]。
2.高炉热风管简介
高炉炼铁是目前世界范围内应用最广泛的炼铁方式，通常每座高炉都要匹配三到四座热风炉，热风炉的作用是为高炉冶炼储存和提供热风，高炉和热风炉之间由热风管道相连接。高炉热风管道包括：热风支管、热风主管、混风室或竖管、热风围管、送风支管等部分组成。热风管道的内衬结构，通常采用耐火喷涂层 耐火纤维 轻质隔热耐火砖 工作层韧性莫来石砖，送风支管采用浇注料进行浇注。管道工作层韧性莫来石砖一般采用环缝砌筑，也有个别采用错缝砌筑方式。热风管道上各个部位（热风支管、热风主管、混风室或竖管、热风围管、送风支管和人孔）连接的三岔口或联络口多采用组合砖结构。热风管道受管道内高压气流对管道壁薄弱部位冲刷及管道受力不合理将导致出现管道烧红和漏风现象的出现，严重时会出现热风管道烧穿等大事故。 3.国内外的研究
3.1国内研究
国内对于高炉热风管系统方面的研究主要是对管道的安全性监测和进行有限元模拟、还有高炉热风管系统的设计方面的研究[6-9]。（1）对于高炉热风管系统的应力以及应变方面的监测，邓宏光、郑文肖、胜明针等人对提出过对其的应变测量方法[10],对于应变的测量，他们主要是采用电阻应变测试，电阻应变测试的工作原理是电阻应变效应,即应变片金属丝在受到应力作用时,其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。在实际应用中,将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元
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