转底炉熔池是炼铁生产中重要的设备,造价及维修费用昂贵。延长转底炉熔池寿命能大大降低成本,取得更大的经济效益。转底炉熔池生产过程中,熔池局部部位主要通过更换耐火材料、修补池衬来维护转底炉熔池结构的整体性和安全性。熔池在生产中盛装高温熔融铁水,其内衬与铁水直接接触发生侵蚀,严重局部侵蚀或破损往往导致整个转底炉熔池停产大修,转底炉熔池的寿命主要取决于熔池。本文主要研究转底炉熔池结构的热工设计。运用传热学理论把铁水凝固线1150℃C等温线作为侵蚀边界的预估,研究内衬热阻、外部冷却条件及熔池内铁水流动换热作用下的内衬临界结厚保护层厚度,根据热工设计准则,将熔池侧壁和池底的1150℃C等温线控制合理位置,以期延长熔池寿命和确保生产安全。转底炉熔池由内衬、填料、冷却壁、壳体构成。考虑到冷却壁内部含有不规则的冷却水管,其传热边界条件较为复杂。本文在建立数值传热模型过程中,根据熔池冷却壁的冷却结构特点,运用传热学理论对池底及池壳进行合理简化构建提取等效传热边界条件,以方便建模和计算。本文利用多孔介质的方法建立了转底炉熔池出铁的计算流体力学(CFD)三维数值计算模型,并采用内衬单元与铁水单元相互替代来模拟侵蚀边界自动移动的方法,以铁水凝固的1150℃C等温线作为侵蚀判据,分析熔池在理想出铁条件时的侵蚀形貌。同时,分析理想条件时的温度场和铁水流场,详细讨论转底炉熔池内衬导热系数、池底和熔池对流换热系数、熔池容积利用系数对1150℃C传热平衡线的影响。本文通过对冷却壁热稳定强度要求的最小保护厚度和铁水凝固时的内衬临界厚度的分析,提出了基于临界厚度大于保护厚度的熔池侧壁热工设计方法,并据此给出了不同侧壁内衬导热系数、冶炼强度和冷却条件的设计数据,对熔池的设计和操作具有一定的实用意义。