摘 要： 轧钢加热炉内的传热过程非常复杂， 其设计往往依靠经验。本文通过对轧钢步进梁式加热炉内热工状态建

　　模， 并对炉内流体流动、燃烧化学反应、传热过程进行了模拟仿真。仿真结果符合工业炉内热工过程的基本规律， 温度的

　　仿 真 结 果 与 测 试 相 比 误 差 较 小 。 仿 真 结 果 可 以 为 工 业 炉 的 设 计 、运 行 和 操 作 提 供 依 据 。

　　从 燃 料 的 周 围 流 入 ， 流 量 为 ４１ ７００ ｍ３／ｈ， 预 热 温 度

　　２０ ℃， 出 炉 温 度 为 ９５０￣１ １５０ ℃， 规 格 为 １５０ ｍｍ×

　　１５０ ｍｍ×１２ ０００ ｍｍ， 炉子产量为 １２０ ｔ／ｈ； 本文对加

　　许 昌 １，２， 吕剑虹 １， 程 明 １， 郑 源 ２ ， 孙晓雷 ３， 张红梅 ４ （ １．东南大学 电气工程学院 江苏 南京 ２１００９６； ２．河海大学 水电学院 江苏 南京 ２１００９８； ３．鞍山钢铁股份有限公司 辽宁 鞍山 １１４０４２； ４．武汉钢铁股份有限公司， 湖北 武汉 ４３００８０）

　　及 其 中 的 介 质 辐 射 性 质 （ ａλ、σｓλ等 ） 都 与 温 度 有 关 ， 同时， 温度分布又取决于包括辐射在内的能量平衡，

　　又 基 本 满 足 实 际 需 要 的 “简 单 化 学 反 应 系 统

　　文献标识码： Ａ 文章编号： １００１－ ６９８８（ ２００８） ０２! ００３３ ０４

　　Ｎｕｍｅｒ ｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｗａｌｋｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｒｅｈｅａｔｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒ ｉａｌ Ｆｕｒ ｎａｃｅ

　　ＸＵ Ｃｈａｎｇ１，２， ＬＶ Ｊｉａｎ!ｈｏｎｇ１， ＣＨＥＮＧ Ｍｉｎｇ１， ＺＨＥＮ Ｙｕａｎ２， ＳＵＮ Ｘｉａｏ!ｌｅｉ３， ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ!ｍｅｉ４

　　Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｆｕｒｎａｃｅ； ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｔｕｓ； ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

　　加热炉是钢铁工业中耗能的大户， 而步进式加 热炉由于拥有比常规推钢式加热炉诸多的优点， 得 到广泛的应用。目前， 对工业炉的设计江南体育、改造和操作 主要依赖经验， 具有很大的偶然性， 而近年繁荣起来 的数值传热技术提供了一条切实可行的解决问题的 途径。本文采用数值传热技术， 针对实际复杂的步 进轧钢加热炉内热工状态进行建模， 并对加热炉内 流场、温度场、压力场、组分场等进行仿线］。研

　　（ １．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８，Ｃｈｉｎａ； ３． Ａｎｇａｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ＬＴＤ．，Ａｎｓｈａｎｇ １１４０４２， Ｃｈｉｎａ； ４． Ｗｕｇａｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ＬＴＤ．， Ｗｕｈａｎ ４３００８０， Ｃｈｉｎａ）

　　在计算中， 上加热燃烧器轴线沿垂直方向布置， 下加热燃烧器轴线沿水平方向布置， 顶部布置 ４２ 个 平焰烧嘴， 端部布置 ８ 个端烧嘴， 每侧布置 ３ 个侧烧 嘴； 燃料为焦炉煤气， 主要由质量分别占 ７８％的 ＣＨ４ 和 ２２％的 Ｈ２ 组成， 常温， 热值 １６ ７２０ ｋＪ／ｍ３， 总流量 为 ９ ０００ ｍ３／ｈ， 并从套筒式燃烧器中心处流入； 空气

　　Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｖｅｒｙ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｉｏｕｓ ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ． Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｕｒｎａｃｅ ｉｓ ｎｏｔ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ． Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｔｕｓ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｗａｌｋｉｎｇ ｂｅａｍ ｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ， ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｒｎａｃｅ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｌｉｔｔｌｅ ｅｒｒｏｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｒｎａｃｅ． Ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ．

　　Βιβλιοθήκη Baidu第 ３０ 卷第 ２ 期 热２０工０８计年算３： 步月进式加热炉热状态的数值模拟

　　（１） 化 学 反 应 可 用 单 步 不 可 逆 反 应 来 表 征 ， 燃

　　２．１ 问题的描述 这 里 要 计 算 的 工 业 炉 是 一 个 侧 出 料 、顶 供 热 侧

　　供热和端头供热相结合的步进梁式加热炉， 炉子尺 寸参照某钢厂用于碳素结构钢坯轧制前加热的炉 子，炉子的计算域如图 １ 所示，炉宽为 １２．６ ｍ，烟气由 炉尾底部排出。

　　性效应占优势， 出现了黏性底层， 因而就不能继续应 用标准的 ｋ－ ε模型来模拟， 常采用壁面函数模型， 这 样可以避免计算机资源的大量浪费， 同时， 计算精度

　　上述控制方程组相互耦合， 并且大都是非线 基金项 目 ： 国 家 教 育 部 博 士 点 基 金 资 助 项 目（ ） ；

　　河海大学科技创新基金资助项目（ ２００６４０６０８６） ． 作者简介： 许 昌（ １９７３—） ， 男， 工学 博 士 ， 讲 师．从 事 热 工 自 动

　　解 。 在 有 限 差 分 法 中 ， Ｓ． Ｖ． Ｐａｔａｎｋａｒ 和 Ｄ． Ｂ．