全偏心型贯流式高炉风口流热耦合数值模拟及应力场研究

高炉风口是炼铁送风的重要设备,它的可靠性关系到高炉生产能否保持顺行,直接影响高炉的技术经济指标,所以提高风口使用寿命就显得尤为重要。目前贯流式风口在鞍钢、宝钢等钢铁厂广泛应用,其结构复杂,在高炉内所处的工作环境恶劣。冷却水在风口中的流动状况复杂,难以进行理论计算,但是随着计算流体力学和传热学的发展,以及各种数值算法的出现,使得对风口性能的理论分析变成可能。本文结合鞍钢全偏心型贯流式风口,对风口进行流热耦合三维数值模拟以及应力场的三维数值模拟,研究了给水工艺参数和结构对风口性能的影响,对研究风口性能和提高风口寿命具有重要的理论和实际意义。在此基础上进行了以下深入研究。研究了冷却水在风口中的流速和压力变化以及冷却水流量对风口端部流速和出口压力的影响,确立了合理的给水工艺参数。通过模拟得出了冷却水在风口中的流动轨迹,鞍钢贯流式风口在风口前端往里圈流的水道隔板处的部位形成冷却死区,并通过结构优化消除了冷却死区。对风口端部冷却水道改变成半椭圆形后进行了流热耦合数值分析。对风口端部温度以及风口焊缝位置的应力进行具体研究,研究结果与风口端部易发生熔损和在焊缝位置发生开裂相符,研究了冷却水流速及冷却水水温对风口端部最高温度及风口最大热应力的影响,为全偏心型贯流式风口的设计和改进提供了理论依据。