氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的熱流固耦合有限元分析.pdf

1、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是我國目前鋼鐵行業(yè)主要的煉鋼方法之一，由于成套轉(zhuǎn)爐的成本較高，冶煉工藝比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)爐的使用壽命對產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益有重要的影響，延長轉(zhuǎn)爐的使用壽命已經(jīng)成為了鋼鐵企業(yè)技術(shù)革新的核心工作。在吹煉過程中，熔池內(nèi)鋼液長期地沖刷、噴濺及氧化爐襯表面，造成爐襯熔損;轉(zhuǎn)爐由于熱膨脹和溫度不均引起的較高熱應(yīng)力導(dǎo)致爐體結(jié)構(gòu)變形甚至斷裂;同時，在傾動過程中，熱應(yīng)力大幅度地變化使爐體結(jié)構(gòu)反復(fù)地收縮、膨脹，極容易出現(xiàn)疲勞裂紋。以上原因可能造成轉(zhuǎn)

2、爐變形、裂紋、過熱及燒穿等破壞，直接縮短轉(zhuǎn)爐的使用壽命、降低經(jīng)濟效益。
　　本文采用順序耦合的方式，利用CFD和ANSYS軟件進行轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的熱-流-固耦合分析計算，依次得到了轉(zhuǎn)爐熔池的流場、轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的溫度場及綜合應(yīng)力場。研究方法和研究步驟基本合理，具有一定的研究價值，為其他領(lǐng)域的研究工作提供了一種可行方案。另外，本文仿真分析了不同傾動角下轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的熱-固耦合應(yīng)力場，考察了轉(zhuǎn)爐各組成部件的最大應(yīng)力-傾動角變化規(guī)律以及動載沖擊的影響。

3、重點探討了轉(zhuǎn)爐托圈蝕損前后承載能力的分析研究，并提出合理的建議。
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氧氣吹煉時，造成了較大的液面擾動，且鋼液飛濺，有少量鋼液粘著在熔池內(nèi)壁與氧槍外壁的較高位置上，這種較強烈的鋼液噴濺會沖蝕爐襯耐火材料;在純頂吹條件下熔池底部流速微弱，鋼液流速小于0.06m/s，這種死區(qū)不利于熔池攪拌，脫碳能力較差;爐殼的熱-流-固耦合最大應(yīng)力值在下夾持塊與爐殼連接處，可達198MPa，接近于爐殼材料的屈服極限，需要改進其局部結(jié)構(gòu)，降