熱—結(jié)構(gòu)耦合作用下高爐爐殼厚度優(yōu)化分析.pdf

1、高爐爐殼是煉鐵高爐結(jié)構(gòu)重要組成部分,對(duì)高爐安全生產(chǎn)有關(guān)鍵作用。隨著高爐結(jié)構(gòu)不斷向大型化發(fā)展和冶煉技術(shù)、強(qiáng)度不斷提高,對(duì)爐殼設(shè)計(jì)要求越來越高。而國內(nèi)很多設(shè)計(jì)單位還是沿用原有經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì),包括《煉鐵工藝爐殼體結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中厚度計(jì)算方法也僅僅是對(duì)原有經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié),缺乏足夠的理論依據(jù)。開展高爐爐殼高溫、高壓等復(fù)雜工況下性能研究,探討熱-結(jié)構(gòu)耦合作用下高爐爐殼合理厚度,對(duì)推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步和安全生產(chǎn)具有重要的社會(huì)效益和工程價(jià)值。
　　本文

2、運(yùn)用有限單元法,結(jié)合殼體理論和優(yōu)化理論,借助大型有限元分析軟件ANSYS,并按照《煉鐵工藝爐殼體結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》要求建立爐殼有限元模型,設(shè)置爐殼厚度為變量實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)化。根據(jù)煉鐵工藝荷載值,施加煤氣壓力、爐料壓力、溫度作用等荷載,得到爐殼在溫度場(chǎng)、重力場(chǎng)以及熱-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)作用下的力學(xué)和變形圖;進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)熱-結(jié)構(gòu)耦合作用中溫度作用引起變形較大需得到合理釋放,設(shè)計(jì)爐板底帶時(shí)需要考慮整體升溫的影響;煤氣壓力和渣鐵壓力對(duì)組合應(yīng)力強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大,

3、其它荷載貢獻(xiàn)基本相當(dāng)。
　　依據(jù)規(guī)范對(duì)爐殼各板帶應(yīng)力強(qiáng)度要求,利用ANSYS優(yōu)化模塊對(duì)高爐進(jìn)行分部?jī)?yōu)化后得到了合理厚度,總用鋼量比常用厚度減少25.2％,比規(guī)范公式減少4.5%;優(yōu)化后與規(guī)范公式相比:爐身段及其上部比規(guī)范厚度要小,爐腰、爐腹、風(fēng)口段基本相當(dāng),鐵口爐缸段要大。分析鐵口爐缸段厚度需要變大主要是因高爐大型化后煤氣壓力和死鐵層深度增加造成的,這與當(dāng)前高爐破壞多發(fā)生在爐缸段狀況相吻合。優(yōu)化值可作為確定爐殼厚度的重要參考;分析