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)、強度不斷提高,對爐殼設計要求越來越高。而國內(nèi)很多設計單位還是沿用原有經(jīng)驗公式進行設計,包括《煉鐵工藝爐殼體結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中厚度計算方法也僅僅是對原有經(jīng)驗的歸納總結(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,對推動行業(yè)進步和安全生產(chǎn)具有重要的社會效益和工程價值。
　　本文

2、運用有限單元法,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,設置爐殼厚度為變量實現(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、重力場以及熱-結(jié)構(gòu)耦合場作用下的力學和變形圖;進一步分析發(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,設計爐板底帶時需要考慮整體升溫的影響;煤氣壓力和渣鐵壓力對組合應力強度貢獻最大,

3、其它荷載貢獻基本相當。
　　依據(jù)規(guī)范對爐殼各板帶應力強度要求,利用ANSYS優(yōu)化模塊對高爐進行分部優(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、風口段基本相當,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