混鐵車罐體傳熱與應(yīng)力的有限元計算.pdf

1、該課題是寶鋼《混鐵車鐵水保溫技術(shù)》課題的研究內(nèi)容之一.混鐵車是高爐鐵水進入轉(zhuǎn)爐進行煉鋼的裝載運輸工具,寶鋼有70臺魚雷式混鐵車在線運行,鐵水運輸過程導致鐵水溫度降低,造成煉鋼能耗上升.而且,鐵水溫度呈逐年降低趨勢,有可能導致鐵水在鐵水包中部分凍結(jié),給設(shè)備造成較大損失.根據(jù)國外混鐵車保溫技術(shù)的經(jīng)驗,改造混鐵車內(nèi)襯耐材結(jié)構(gòu),在其中增加保溫層是較為可行的措施.但增加保溫層后,鐵水溫度的相對升高,可能造成工作層磚的高溫熱膨脹加大,導致內(nèi)襯耐材的

2、工作情況發(fā)生變化.如何進行內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計,既達到保溫的目的,又能降低工作層A-S-C磚的熱應(yīng)力采用計算模擬進行分析是經(jīng)濟可行的方法.該文開展的工作有:(1)綜合考慮熱分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析,建立混鐵車灌體內(nèi)襯的溫度場和應(yīng)力場三維有限元計算模型;(2)運用ANSYS有限元分析軟件計算內(nèi)襯各層在鐵水溫降過程中的溫度分布和溫度歷程,分析內(nèi)襯各層在溫降過程中的應(yīng)力場分布和應(yīng)力變化情況;(3)通過計算結(jié)果分析從理論上檢驗有關(guān)研究人員的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,提出

3、局部結(jié)構(gòu)設(shè)計改進方案并提供理論根據(jù).通過計算分析得到的結(jié)果有:(1)在溫度場分析中計算結(jié)果與實際相符合:加保溫層后鐵水溫降減小,內(nèi)襯的溫度提高,外殼溫度降低,表明保溫層起到了明顯的隔熱作用.(2)改造后直筒部位A-S-C磚在201分(12060秒)時刻內(nèi)表面溫度比改造前的升高38℃.溫度提高,在鐵水作用下,其溶損會加重.(3)在自重、水壓和熱載荷三種復(fù)合作用下,A-S-C磚的最大應(yīng)力出現(xiàn)在折角部位底部;改造前后該處的最大主應(yīng)力分別為51

4、.3、45.2MPa,改造后的應(yīng)力比改造前的降低11.89％,其原因是改造后A-S-C磚的溫差減小.外殼的最大應(yīng)力在直筒和錐體過渡部位.(4)通過改變折角處A-S-C磚砌體的局部結(jié)構(gòu)可以減低該處的應(yīng)力集中.采用斜砌體結(jié)構(gòu),改造前的最大主應(yīng)力由51.3MPa降低到42.9MPa,改造后的最大主應(yīng)力由45.2MPa降低到34.5MPa;能使應(yīng)力降低16.3~23.6％.(5)內(nèi)襯各層的最大應(yīng)力均小于其強度極限,表明罐體強度滿足要求.研究結(jié)果