高炉炉缸炉壳开裂的三维应力分析

发布时间：2024-03-02 21:04

　　高炉炼铁是我国现今采用的最普遍的炼铁方式。我国各重点钢铁企业的高炉容积都在向大型化发展,并且现在的工业生产又要求高炉向着高产量及强化冶炼方向发展。提高生产力,降低炼铁成本,延长高炉寿命成为钢铁行业亟待解决的重要问题,高炉的长寿又是炼铁技术进步的重要标志之一。炉缸是高炉结构安全的核心部位,是存储铁水的容器,炉缸的炉墙寿命决定了高炉的寿命。但是实际生产过程中,高炉炉壳会经常发生开裂,炉壳开裂导致的内衬破坏是炉缸区的主要破损形式之一,研究炉壳开裂问题有重要的实际意义。本文以高炉炉缸炉墙结构作为研究对象,针对炉壳开裂问题,在ANSYS有限元分析软件中建立基于APDL语言的参数化内衬+填料+冷却壁+填料+炉壳5层三维炉墙结构模型。在此基础上,依据传热学稳态热传导理论、对流传热理论,合理的确定了冷却壁的换热系数、炉壳外缘的换热系数等边界条件。利用ANSYS有限元模拟炉墙的三维温度场,得到不同内衬剩余厚度和裂纹开裂长度的炉墙界面温度。基于热应力理论,对内衬砌筑、烘炉以及正常工作时的内衬砌体的变形分析,得到内衬砌体的等效弹性模量和等效线膨胀系数。建立考虑内衬-冷却壁、冷却壁-炉壳滑动接触、炉壳有开裂的...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 高炉结构
    1.3 本文研究的内容
第2章 高炉炉缸的温度场分析
    2.1 有限元概述
    2.2 ANSYS参数化设计语言
    2.3 相关传热理论
        2.3.1 竖直圆筒壁的对流传热
        2.3.2 竖直圆筒壁自然对流边界层方程组
        2.3.3 多层圆筒壁的导热方程
    2.4 ANSYS温度场分析步骤
    2.5 高炉炉墙实体模型
    2.6 炉壳未开裂高炉炉墙温度场分析
    2.7 炉壳开裂时高炉炉墙温度场分析
    2.8 界面温度的影响因素
    2.9 热弹-塑性力学模型的温度场计算
        2.9.1 界面温度的计算
        2.9.2 热弹-塑性力学模型
        2.9.3 热弹-塑性力学模型的温度场
    2.10 本章小结
第3章 高炉炉缸的三维应力分析
    3.1 ANSYS接触分析
        3.1.1 接触分类
        3.1.2 接触对的建立
    3.2 耐火材料砌体的材料力学设计原理
        3.2.1 单层砌体的均匀热应力
        3.2.2 砌体的强度条件
        3.2.3 烘炉对高炉内衬热膨胀吸收效应分析
        3.2.4 本文中内衬砖砌体参数修正
    3.3 热应力基本方程
    3.4 应力分析的步骤
    3.5 炉壳未开裂时的应力分析
        3.5.1 炉墙的应力分析
        3.5.2 内衬的径向应力与环向应力
        3.5.3 炉壳径向应力与环向应力
    3.6 炉壳开裂时的应力分析
        3.6.1 炉墙的应力分析
        3.6.2 内衬的径向应力和环向应力
        3.6.3 炉壳的径向应力和环向应力
    3.7 内衬环向应力的影响因素
        3.7.1 内衬剩余厚度对应力分析的影响
        3.7.2 裂纹长宽对应力分析的影响
    3.8 本章小结
第4章 三维仿真分析与理论计算的结果对比
    4.1 相关理论
        4.1.1 轴对称温度分布
        4.1.2 轴对称温度和均布压力下圆筒的应力方程
    4.2 平面轴对称模型的结构分析
        4.2.1 模型简化
        4.2.2 推导内衬的外边界环向应力
        4.2.3 内衬体的强度条件
    4.3 数据对比和误差计算
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3917399