第１２期

杜涛等：炼铁一炼钢界面温降与节能模式分析

间的对流换热系数，Ｗ／（ｍ２・℃）；Ｆｄ为铁水与内衬

底部的接触面积，ｍ２；ｔ。ｅ为铁水罐内衬温度，℃。

以此作为下一阶段的初始条件。当ｒ＞ｒ－时，

则有：

一ＣＦｅＭＦ。ＴＣ］‘Ｆｅ＝瓯＋瓯ｂ

（８）

Ｕｒ

西。一（＾。＋口。）Ｆｍ（ｔＦｅ—ｔ。。）

（９）

西ｒｂ—ｈ。ｂＦ。ｂ（瓴一ｔｎｂ）一

ｈｄＦｄ（￡Ｆ。一ｔ。ｂ）＋ｈ。Ｆ。（‘Ｆｅ—ｔｎｂ）

（１０）

式中，ｈ。为铁水与罐圆柱内侧表面的对流换热系

数，Ｗ／（ｍ２・℃）；Ｆ。为铁水与罐圆柱内侧的接触面

积，ｍ２；Ｆ。为常数，ＭＦｅ、Ｆ。为时间ｒ的函数，可解得

ｒｌ时刻的温度ｔ。。

１．３等待和运输过程

在任意时刻ｒ，由于罐内铁水的质量及换热面

均不再发生变化，近似地认为传热过程在这一瞬间

是稳态的。等待和运输过程的铁水温降模型极为相

似，只是对流换热系数（分别为自然对流和强制对

流）有所不同。在这一过程中，主要的热损失项有：

铁水通过上表面的散热损失，铁水通过铁水罐球形

底部的散热损失以及铁水通过铁水罐柱状部分的散

热损失。

对铁水罐中的铁水建立能量平衡方程，则有：

一堕塑拿墨堕一瓯＋垂。－－Ｉｔ－西。

（１１）

叫【ＩＪ—十一山．

‘●Ｊ

Ｉ

ｌ

ｌ－

Ｕｒ

瓯一（＾。＋ａ。）Ｆ。（ｔＦ。一ｔ。）

（１２）

氨一

２７ｃ（ｔＦ。一ｔ。。）

塞ｉ１（ｉ１一去）＋去＋南

（１３）

驴磊砸２瓦ｎ／（ｔＦｅＦ－－ｔ∞）忑

蚤知（等）＋去＋瓦亡万

（１４）

式中，或为铁水通过球状底部的散热量，Ｗ；①。为

铁水通过柱状侧面的散热量，Ｗ；Ａ。为第ｉ层耐火材

料的导热系数，Ｗ／（ｍ・Ｋ）∽为圆柱中心到第ｉ层

耐火材料的距离，ｍ；ｚ为柱状部分的高度，ｍ；ｈ。“为

外表面与空气之间的对流换热系数，ｗ／（ｍ２・℃）；

口一为底部等效“辐射换热系数”，Ｗ／（ｍ２・℃）；Ｑｔ，。为

侧面等效“辐射换热系数”，Ｗ／（ｍ２・℃）。

由上述各式可得到ｔｒ。一，（ｒ）的关系式，并由此

得出等待结束时ｒｚ时刻的铁水温度ｔｚ，以及运输过

程结束时ｒ。时刻的铁水温度ｔ。。

１．４兑铁、扒渣、预处理过程

兑铁过程与高炉出铁过程很相似，可以借用高

炉出铁过程的铁水温降模型对其进行描述，从而求

出兑铁结束时“时刻的铁水温度ｔ。，这里不再赘

述。

扒渣、预处理工艺情况较为复杂，要从数学对其

进行分析难度极大，这里采用经验对其进行大体估

算。在扒渣、预处理过程中，铁水的温降速率大约为

等待过程温降速率的１．８～２．０倍，故可以对等待过

程的温降模型稍加修正，从而求得该过程结束时Ｚ＇５

时刻的铁水温度ｔ。。

２

实例计算

２．１铁水罐一兑铁包模式

某企业的铁钢界面采用铁水罐一兑铁包模式，出

铁温度为１４８０℃，铁水罐的预热温度为９００℃，受

铁耗时１２ ｍｉｎ，中间的等待、运输及预处理前的准

备工作共耗时１６８ ｍｉｎ，铁水预处理耗时１５ ｍｉｎ，其

铁水温度的实测值见表１。

袭１铁水温度随时问的变化

Ｔａｂｌｅ １

Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ

ｈｏｔ

ｍｅｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｗｉｔｈ

ｔｉｍｅ

利用上述铁钢界面铁水温降模型，分析计算如

下。

（１）铁水填满铁水罐球形底部前的铁水温度

ｔＦ。一４８．８１＋１ ４２４．２ｅｘｐ（－－３ｖ／４７

０００）（１５）

由上式可知，铁水温度与时间的关系并非简单

的线性关系。计算得出：当ｒ一２７２ Ｓ时，铁水填满

球形底部，且铁水温度ｔ。为１ ４４８．５℃，该过程铁水

温降梯度为６．９５℃／ｍｉｎ。

（２）铁水罐柱体部分受铁时的铁水温度

ｔＦｅ＝５２．９７＋１

３５６．５×１．１３ｒ－ｏ‘００１

５９

（１６）

取ｔ。ｂ一１ １２０℃，计算当ｒ一６７５ Ｓ时，受铁完

毕，铁水温度ｔ。为１４２７．５℃，该过程的铁水温降梯

度为３．１２℃／ｍｉｎ。在整个受铁过程中，铁水的温

降梯度为４．６６℃／ｍｉｎ。

（３）等待过程

ｔＦ。一２０＋（￡１＋２０）ｅｘｐ（一ｒ／１２６

０８９．４３）（１７）

等待１１８ ｍｉｎ后，可计算得出铁水温度ｔ：为

万方数据