1、高爐冷卻壁是高爐主要冷卻設備之一，冷卻壁安全工作是高爐長壽的前提。在爐腰和爐腹高負荷區(qū)域，冷卻壁表面形成穩(wěn)定渣皮，對冷卻壁起到保護作用。渣皮厚度和形貌取決于冷卻制度和工藝條件，同時又影響到冷卻壁工作狀態(tài)。本文針對鑄鐵冷卻壁、銅冷卻壁和銅鋼復合冷卻壁，分別建立了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱數學模型，分析冷卻壁傳熱、渣皮分布和生長規(guī)律。采用熱力耦合方法，對銅鋼復合冷卻壁進行熱應力分析。傳熱和應力模型均選用有限元分析軟件ANSYS完成建模、網格劃分和模型

2、計算。主要研究工作如下：
　　 ⑴利用ANSYS的單元生死功能模擬渣皮熔化，建立了新的冷卻壁穩(wěn)態(tài)傳熱分析方法（即渣皮熔化迭代法），解決了目前冷卻壁研究中無法確定渣皮厚度的問題，提高了冷卻壁傳熱分析的精度和實用性。根據冷卻壁工作環(huán)境，選用荷重軟化方法測定渣皮承載能力，確定冷卻壁表面的掛渣溫度為1100℃。利用建立的傳熱分析模型，對三種材質的冷卻壁進行穩(wěn)態(tài)傳熱分析，研究了工藝因素和冷卻制度對壁體溫度、渣皮厚度和熱負荷的影響。

3、　　 ⑵在穩(wěn)態(tài)傳熱分析的基礎上，利用ANSYS的單元生死功能創(chuàng)立了渣皮再生分析法，首次實現(xiàn)了渣皮脫落后再生過程的非穩(wěn)態(tài)傳熱分析。采用建立的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型分別對銅冷卻壁和銅鋼復合冷卻壁的渣皮恢復過程進行研究，分析了渣皮脫落后的生長規(guī)律、冷卻壁溫度和熱負荷變化過程，以及工藝條件對渣皮恢復和銅壁穩(wěn)定時間的影響。
　　 ⑶采用渣皮熔化迭代方法，在不同工況下對鑄鐵冷卻壁進行穩(wěn)態(tài)傳熱分析。結果表明，爐氣溫度是影響渣皮厚度、熱負荷及冷卻壁溫

4、度的主要因素，提高冷卻強度對冷卻壁的影響不明顯。鑄鐵冷卻壁安全工作溫度為1280℃，能夠承受的安全熱負荷為39.6kW/m2。增加水管直徑和減少氣隙寬度可以改善冷卻壁承受能力。渣皮脫落致使冷卻壁溫度急劇升高，嚴重危害冷卻壁壽命。在冷卻壁燒毀后，采用爐殼打水將使熱損失急劇增加。只有在爐氣溫度較低時，才能使爐殼與水管之間充滿固體渣層。
　　 ⑷通過銅冷卻壁穩(wěn)態(tài)傳熱分析發(fā)現(xiàn)，在高度方向上銅冷卻壁渣皮分布不均勻，銅筋部位渣皮較厚，燕尾槽

5、部位較薄。隨著爐氣溫度上升，渣皮不均勻性增加，容易脫落。爐渣性質對銅冷卻壁的溫度、熱負荷和渣皮厚度影響較大。在爐渣粘度較高時，渣皮厚度增加，溫度波動會造成結瘤。在渣皮再生過程中，渣皮生長遵循冪函數規(guī)律，初期生長較快，隨后生長速度逐漸降低。爐氣溫度對掛渣過程有明顯影響。銅壁穩(wěn)定時間為10.5～32.7min，銅壁最高溫度為140℃。分析結果與銅冷卻壁運行實踐基本一致。
　　 ⑸在穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱分析的基礎上，對銅鋼復合冷卻壁進行了