高爐球墨鑄鐵冷卻壁蠕變變形研究.pdf

1、高爐冷卻壁的壽命是決定高爐長壽的根本因素。冷卻壁在高溫負(fù)荷及持續(xù)熱應(yīng)力的沖擊下,會(huì)出現(xiàn)緩慢的蠕變變形,促使冷卻壁和冷卻水管產(chǎn)生裂紋,嚴(yán)重時(shí)引起冷卻壁損壞直至報(bào)廢。因此,定量的分析冷卻壁在高溫下的蠕變變形,對(duì)延長高爐壽命有著重要的意義。
　　本文首先對(duì)球墨鑄鐵冷卻壁所使用的材料QT400-18球墨鑄鐵進(jìn)行高溫拉伸蠕變試驗(yàn),得到球墨鑄鐵在不同溫度下的蠕變曲線,結(jié)合球墨鑄鐵冷卻壁熱態(tài)試驗(yàn),利用 ABAQUS熱―結(jié)構(gòu)耦合計(jì)算方法,分析了各

2、種工況下壁體及冷卻水管的蠕變變形,為改進(jìn)球墨鑄鐵冷卻壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),控制其蠕變變形以及合理安裝使用冷卻壁提供理論依據(jù)。論文研究得出:
　　(1)以球墨鑄鐵冷卻壁熱態(tài)試驗(yàn)確定的參數(shù)為熱邊界條件,采用數(shù)值模擬的方法分別計(jì)算了冷卻壁在裸露狀態(tài)和掛渣條件下壁體溫度和熱應(yīng)力分布,以此為依據(jù)、結(jié)合球墨鑄鐵屈服強(qiáng)度確定了球墨鑄鐵高溫拉伸蠕變試驗(yàn)的溫度水平為250℃、300℃、350℃,應(yīng)力水平為220MPa及300MPa。
　　(2)根據(jù)確定

3、的試驗(yàn)方案,對(duì)鑄鐵冷卻壁使用的球墨鑄鐵材料進(jìn)行高溫拉伸蠕變試驗(yàn),獲得了不同溫度下的球墨鑄鐵蠕變曲線。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸,得到不同溫度下球墨鑄鐵材料的蠕變參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:溫度低于400℃時(shí),高應(yīng)力水平下的蠕變第一階段比低應(yīng)力水平明顯,且蠕變速率、蠕變變形量較大,應(yīng)力對(duì)蠕變變形起主要作用;溫度高于400℃時(shí),即使應(yīng)力非常小,但蠕變變形量卻很大,溫度對(duì)蠕變變形起主要作用。
　　(3)利用熱―結(jié)構(gòu)耦合的方法計(jì)算分析了爐氣溫度、

4、渣皮厚度、邊緣接觸壓力對(duì)冷卻壁蠕變變形的影響。計(jì)算結(jié)果顯示:爐氣溫度越高,壁體蠕變變形越大;渣皮的存在降低了壁體變形;在爐氣溫度不變的條件下,邊緣接觸壓力低于50MPa時(shí),壁體向熱面凸起,形成“弓形”,邊緣接觸壓力高于100MPa時(shí),壁體向冷面凸起,形成“弓形”。因此,在高爐上安裝冷卻壁時(shí),壁體與爐殼間的膨脹間隙不小于6mm,左、右相鄰冷卻壁間的膨脹間隙不得小于7mm,高度方向預(yù)留的膨脹間隙不小于9mm,且將鑄鐵冷卻壁做成具有一定弧度、