年关将近,四九城的年味渐浓。
何雨柱刚处理完精密机械研究所的难题,正准备松口气,一份来自冶金工业部的加急公函又摆在了他的案头。
公函言辞恳切,称某大型钢铁基地在建的二号高炉,在烘炉阶段出现了异常状况,常规手段无法解决,工期紧迫,特请第五研究院派专家支援,并点名希望何雨柱副主任能亲往。
“高炉?”何雨柱看着公函,眉头微挑。这与他熟悉的航空航天领域相去甚远,但“异常状况”和“工期紧迫”几个字,让他意识到问题的严重性。
乘坐火车抵达这座位于华北的巨型钢铁基地,何雨柱立刻被带到了二号高炉的指挥中心。
基地总工程师姓周,是一位头发花白、面色憔悴的老者,眼中布满血丝。指挥中心内气氛凝重,墙上挂着巨大的高炉结构图,上面标注着各种温度和压力数据,几个关键参数用红笔圈出,触目惊心。
“何主任,你可算来了!”
周总工紧紧握住何雨柱的手,如同抓住救命稻草,“情况紧急,二号高炉在烘炉升温至800摄氏度左右时,炉壳特定区域的温度监测点出现异常波动,局部温度梯度远超设计允许值,伴随有不可解释的低频振动。
我们担心是炉衬砌筑存在重大隐患,或者是冷却系统故障,但反复检查,所有施工记录和硬件检测都显示正常!”
他指着温度曲线图上几个突兀的峰值:“你看,就像是有无形的热流在炉壳内部乱窜,找不到源头!
如果找不到原因强行投产,轻则影响炉龄,重则可能导致炉壳开裂,酿成重大事故!
烘炉已经暂停,每耽搁一天,都是巨大的损失!”
旁边几位冶金专家也纷纷补充。
他们已经组织了三次大会诊,排查了所有能想到的可能性——从耐火材料的导热系数,到冷却水管的布设,甚至怀疑过地基沉降,但都一无所获。
问题仿佛凭空出现,又无法消除,整个项目陷入僵局。
何雨柱没有急于下结论。他要求戴上安全帽,亲自来到巨大的高炉脚下。
仰望着这钢铁巨兽,他伸出手,感受着那尚未完全散去的余温,目光锐利地扫过炉壳的每一个细节。
回到指挥中心,他站在结构图前,沉思良久。
高炉,本质上是一个复杂的多物理场耦合系统——涉及流体(煤气)、固体(炉料、炉衬)、热传导、……
“周总工,”何雨柱转过身,语气沉稳,“我们是否过于聚焦于材料和热工本身,而忽略了‘结构动力学’的影响?”
“结构动力学?”周总工和几位冶金专家都愣住了。这完全超出了他们传统的冶金工程思维范畴。
“对。”何雨柱拿起笔,在结构图的炉壳部分画了几个简化的振型,“高炉本体是一个巨大的薄壁壳体结构,在受热膨胀和内部压力变化时,会产生复杂的振动模态。
如果烘炉过程中,温度场的变化频率,或者冷却系统运行的某种周期性扰动,与炉壳的某阶固有频率接近,就可能引发‘热-固耦合共振’。”
他在黑板上写下了一个简单的耦合振动方程:“这种共振会导致热量在局部聚集、传递异常,表现为无法用常规热工理论解释的温度波动和振动。就像……”
他顿了顿,找了个形象的比喻,“敲击一个玻璃杯,它会以特定频率振动并发出声音。现在,我们的高炉,可能正在被一种无形的‘力量’敲击。”
指挥中心里一片寂静,随即响起低沉的议论声。
“热-固耦合共振?这……闻所未闻!”
“何主任,我们是炼钢的,您这理论是不是太……太深奥了?”
“炉壳振动我们监测过,振幅很小,不可能引起如此显着的热效应!”
“周总工,这思路听起来有理,但验证起来太难了,时间不等人啊!”
就连见多识广的周总工,也面露难色:“何主任,您这个想法很有启发性。
但炉壳的固有频率、温度场的激励频率,这些数据如何获取?
耦合模型如何建立?这比我们之前面对的任何一个冶金难题都要复杂。”
所有人都觉得何雨柱的思路虽然新颖,但近乎玄学,缺乏工程实现的路径,对解决眼前的困境似乎遥不可及。
面对几乎一边倒的质疑,何雨柱神色不变。
他走到摆满数据和图纸的会议桌前,清出一块地方,对周总工说:“请给我高炉最详细的结构图纸、材料参数、炉衬布局、冷却系统图,以及烘炉全过程的所有温度、压力、振动监测数据。再给我一点时间。”
资料迅速备齐。何雨柱深吸一口气,仿佛进入了状态。他右手执笔,左手操作计算尺,开始在稿纸上飞速演算。
他首先根据结构图纸和材料参数,快速估算炉壳的前几阶固有频率和振型。
接着,分析烘炉升温曲线和冷却水流量数据,寻找可能的周期性激励源。
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