大型高爐爐殼出鐵口受力性能及其影響因素分析.pdf

1、高爐的出鐵口位于高爐的爐缸段上，這個(gè)區(qū)域爐內(nèi)氣壓和鐵水壓力較大，而且，鐵口還要承受開(kāi)口機(jī)的沖擊力，有時(shí)候由于爐內(nèi)磚襯破損還存在著在高溫下工作的可能性。關(guān)于高爐出鐵口的研究屬于壓力容器的大開(kāi)孔問(wèn)題，對(duì)于壓力容器開(kāi)孔的問(wèn)題中外學(xué)者研究的比較多，但是專門針對(duì)于高爐出鐵口研究不是很多，特別是大型高爐出鐵口的受力性能及其影響因素的分析，更是不多見(jiàn)。本文正是在這樣的背景下，利用ANSYS有限元軟件對(duì)4800m3爐容的大型高爐出鐵口的受力性能及其影響

2、因素進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，取得了一些有意義的研究成果。
　　在研究理論上，本文采用彈性應(yīng)力分析和塑性準(zhǔn)則相結(jié)合的分析方法，該方法非常適用于高爐爐殼出鐵口這種整體彈性局部塑性的結(jié)構(gòu)模型。
　　本文較為系統(tǒng)的介紹了利用ANSYS有限元軟件建模、單元選擇及網(wǎng)格劃分、荷載及約束的施加的過(guò)程。并找出了適用于高爐出鐵口的有限元網(wǎng)格尺寸范圍。
　　本文對(duì)出鐵口及其周邊區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)的彈性受力分析，找出了鐵口附近的最大應(yīng)力及其所在位置

3、，并根據(jù)應(yīng)力集中理論對(duì)本文所研究的高爐出鐵口進(jìn)行了安全性評(píng)定；接著又對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了彈塑性的極限分析，找出了高爐出鐵口附近塑性區(qū)的分布規(guī)律和變形特點(diǎn)，求得結(jié)構(gòu)的極限荷載。
　　由于高爐出鐵口存在著高溫下工作的可能性，因此，本文從高溫會(huì)使材料屈服強(qiáng)度和彈性模量下降的角度出發(fā)，對(duì)比分析高爐出鐵口在不同溫度下應(yīng)力變形、塑性區(qū)開(kāi)展情況及高爐的極限荷載。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高爐出鐵口在高溫下的塑性區(qū)面積、應(yīng)變和變形遠(yuǎn)大于常溫下的情況，極限承載力也有

4、一定程度的下降。雖然如此，高爐在250 OC高溫下仍然不會(huì)馬上破壞，結(jié)構(gòu)仍然具有一定承載能力，況且出鐵口在高溫下工作的時(shí)間一般較短，所以，本文認(rèn)為此高爐模型在偶然高溫下是安全的。
　　為了改善爐殼出鐵口的受力性能，在高爐爐殼出鐵口上一般都要設(shè)置加勁肋,本文系統(tǒng)的研究了加勁肋對(duì)出鐵口受力性能的影響。通過(guò)改變加勁肋的長(zhǎng)度、加設(shè)位置和加勁肋的厚度，建立多個(gè)模型，并對(duì)各模型進(jìn)行彈性分析和彈塑性極限分析。分析結(jié)果表明：加勁肋的長(zhǎng)度越大，對(duì)高

5、爐出鐵口的高額名義彈性應(yīng)力限制效果越明顯，且在兩側(cè)設(shè)置加勁肋要優(yōu)于單側(cè)設(shè)置的效果；加勁肋厚度在一定范圍內(nèi)增大也能明顯降低出鐵口高額名義彈性應(yīng)力，但是當(dāng)加勁肋超過(guò)一定厚度時(shí)，降低的幅度將比較?。患觿爬叩拈L(zhǎng)度及厚度的增大均能夠有效的限制鐵口塑性區(qū)的開(kāi)展，在約束鐵口的變形方面，厚度變化的影響更為明顯。加勁肋的長(zhǎng)度及厚度增大均可提高結(jié)構(gòu)的極限承載能力及變形能力，特別是加勁肋厚度的增大對(duì)提高結(jié)構(gòu)的延性效果更好。
　　本文在建模過(guò)程中沒(méi)有開(kāi)設(shè)

6、爐身部分大量的孔洞，這些孔洞的存在會(huì)削弱上部結(jié)構(gòu)的剛度。為了判斷上部剛度的削弱是否會(huì)對(duì)鐵口的受力性能產(chǎn)生影響以及本文所做簡(jiǎn)化處理是否合理，本文建立了上部剛度相差較大的兩個(gè)模型，對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行彈性和彈塑性分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比發(fā)現(xiàn)：本文所做的簡(jiǎn)化處理，對(duì)于彈性分析及1倍標(biāo)準(zhǔn)荷載下的彈塑性分析完全能夠滿足要求，但對(duì)結(jié)構(gòu)極限荷載的影響較大。因此，本文所求的極限荷載并非結(jié)構(gòu)的真實(shí)極限荷載，雖然如此，本文對(duì)影響極限荷載因素的分析仍然具有