高炉是钢铁冶炼中重要的生产设备,其建造和维修费用巨大。随着国内经济的发展和高炉大型化的推进,高炉的长寿问题越来越受到人们的关注。炉缸的寿命是影响高炉整体寿命的一个重要因素,所以延长高炉炉缸的寿命就能够大量降低冶炼成本,取得更大的经济效益。炉缸出铁过程中内衬与高温铁水直接接触,其侵蚀是造成炉缸破损的重要原因,因此,分析影响侵蚀的因素并寻找合理有效的方法减少或减缓炉缸内衬的侵蚀对指导高炉设计与操作有重要的意义。本文通过研究高炉炉缸内衬传热平衡界线来分析炉缸内衬侵蚀边界,现阶段的研究一般都是运用传热学理论把1150℃等温线,即铁水凝固线作为侵蚀边界的预估。通过合理的冷却生成结厚保护层,将炉缸侧壁和炉底的1150℃等温侵蚀线控制在一定的位置,对炉缸的设计及寿命的研究有一定的工程实用价值。高炉炉缸的整体结构比较复杂,炉底及炉缸侧壁均设有冷却水管,所以本文在实际建模的过程中,在保证准确的前提下,根据炉缸的冷却条件,运用传热学原理对炉缸侧壁及炉底进行了对流换热系数的等效折算,从而使整个炉墙冷却壁得到了大大的简化,提高了分析计算的效率。本文建立了高炉的计算模型,在传热平衡界线的计算中,重点研究了炉缸内1150℃等温侵蚀线的分布情况。具体是采用传热学原理及内衬单元与铁水单元相互替代模拟侵蚀边界自动移动的方法,以铁水凝固线为侵蚀判据,得到了炉缸内达到理想出铁条件时的侵蚀形貌,即理论操作炉型。同时,充分讨论了不同容积的高炉的内衬导热系数、炉缸侧壁和炉底对流换热系数、高炉容积利用系数、死焦柱孔隙率等因素对炉缸理论操作炉型传热平衡界线的影响,并给出定量的结果,对高炉的设计和操作有一定的参考价值。本文通过对内衬结构受内压的安全承载厚度、冷却壁热稳定强度要求的最小保护厚度和铁水开始凝固的内衬凝固临界厚度的分析,探讨一种基于临界厚度大于安全厚度的炉缸热工设计新方法。