[发明专利]一种风口套最大热应力的实时评估方法及评估系统

说明书

本发明公开了一种风口套最大热应力的实时评估方法及评估系统。本发明等时间间隔循环进行以下步骤：采集风口套外壁面温度、热风进口风速及风温、循环水进口水流速度及水温值；建立并求解风口套共轭传热数值计算模型，获得风口套壁的温度分布；建立并求解风口套壁热‑结构静力学计算模型，获得风口套壁的热应力分布；输出风口套壁热‑结构静力学计算结果中的风口套壁的最大应力值。本发明的评估系统包括数据采集模块、数据存储模块、数据运算模块和数据显示模块。本发明提供的风口套最大热应力的实时评估方法和评估系统，将工艺参数测量和数值计算相结合，能实时准确地获得风口套的最大热应力，有利于风口套的安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及炼铁高炉风口套领域，具体涉及一种风口套最大热应力的实时评估方法及评估系统。

背景技术

风口套是炼铁高炉的重要设备，属于进风系统的组成部分，其作用主要是将热风送进高炉内以帮助炼铁过程的物理化学反应。由于通过风口套的热风温度通常在1000℃以上，故需要将循环冷却水通入风口套中对风口套进行冷却以避免风口套的烧坏。考虑到用于风口套冷却的循环冷却水的温度通常在20～60℃之间，这造成通过风口套的热风与循环冷却水之间巨大的温差，进而产生极大的温度梯度，带来很大的热应力。一旦风口套中的热应力超过一定的限度，就容易造成风口套的损坏，影响高炉的正常生产，严重时甚至带来事故导致高炉休风或停炉。因此，从高炉安全高效生产的角度而言，有必要对风口套运行过程所受到的热应力进行实时评估，以便提前采取纠正预防措施，最大限度地减少风口套的损坏概率。

由于风口套的服役环境恶劣，而且风口套嵌入高炉炉体，目前公知的技术方案中，缺少有效的技术手段对风口套的热应力情况进行直接测量或准确估算，而是主要依靠现场操作人员的经验积累和主观判断。因此，针对现有风口套热应力评估手段的不足，如何设计稳定可靠、客观科学、成本可控的风口套最大热应力的实时评估方法并发展相应的评估系统，无疑是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种稳定可靠、客观科学、成本可控的风口套最大热应力的实时评估方法及评估系统。

本发明的风口套最大热应力的实时评估方法，应用于炼铁高炉的风口套中；所述风口套是一个具有半封闭夹层的近似筒形构件，它包括风口套外壁面、风口套壁、循环水腔壁面、循环水腔、热风出口、热风腔、循环水进口、风口套内壁面、热风进口和循环水出口；所述风口套最大热应力的实时评估方法，按照一定的时间间隔，依次循环进行以下步骤：

步骤1、采集风口套外壁面的温度、热风进口的风速及风温、循环水进口的水流速度及水温值；

步骤2、建立并求解风口套共轭传热数值计算模型，获得风口套壁的温度分布；

步骤3、建立并求解风口套壁的热-结构静力学计算模型，获得风口套壁的热应力分布；

步骤4、输出风口套壁的热-结构静力学计算结果中的风口套壁的最大应力值。

具体的，所述一定的时间间隔，为5分钟至2小时之间固定的时间间隔。

具体的，步骤2中所述的建立风口套共轭传热数值计算模型，其过程包括以下子步骤：

子步骤S1、绘制由风口套壁、热风腔和循环水腔三部分结构共同构成的风口套三维几何模型，划分数值计算用网格，并导入计算流体力学软件CFX中；

子步骤S2、在计算流体力学软件CFX中，设置风口套壁为固体域且其材质为铜，循环水腔为流体域且其材质为水，热风腔为流体域且其材质为空气；