150吨转炉热-固耦合应力仿真分析研究乔沙林,董宁,罗会信(武汉杉林计算机辅助工程有限公司,湖北武汉430074)摘要:针对某钢铁设计研究院自主设计的150吨转炉,采用系统CAE技术对转炉设备系统进行仿真分析。考虑转炉内工作层逐渐减薄将对温度场及热应力分布产生影响,分别建立了炉役初期和炉役末期的整体CAE模型,通过热分析仿真得到转炉设备系统在工作状态下的温度场分布,作为边界条件之一以进行热-固耦合结构应力分析,得出了不同炉龄下转炉设备在工作过程中的整体温度场以及热-固耦合应力分布情况,较为精确地校核了转炉的强度条件。关键词:转炉;CAE;热分析;热-AEtechniquesDongNing,QiaoShalin,LuoHuixin(MetasequoiaforestCAE(Wuhan),)Abstract:A150tonsconverterdesignedbyaniron--soildcouplingstressanalysis,:Converter;CAE;ThermalAnalysis;Thermal-solidcoupling转炉炼钢是目前主要的炼钢方法,转炉是转炉炼钢的关键设备[1]。长期以来,我国转炉设备的关键技术很少具有自己的创新技术,大多采用国外的技术。近年来,大型转炉的设计与制造成为我国炼钢设备领域内技术攻关和自主创新的主要内容之一。图1为某钢铁研究设计院设计的150吨新型转炉,采用了整体焊接托圈和奥钢联(VAI)专利技术的吊挂式炉体连接装置,整个转炉系统结构十分简单。为了全面并尽可能准确地分析其性能及校核设计要求,本文采用系统计算机辅助工程(CAE)的方法和技术以该转炉系统整体为对象对其工作状态进行仿真分析,包括转炉系统的温度场分析、热-固耦合应力分析等,以评价其性能。1—炉裙2—炉体3—托圈4—耳轴5—ponentsoftheconvertersystemAssemblydiagram1转炉系统CAE模型的建立完整的转炉系统由转炉炉体(含炉裙及炉衬)、托圈、炉体连接装置、倾动机构和耳轴轴承座等部件组成,倾动机构和耳轴轴承座的受力相对独立和简单,容易对其性能进行分析,为了控制分析规模,本文分析的对象限定在去掉倾动机构和耳轴轴承后的转炉系统上,如图1所示。根据分析对象各部件的结构特点,运用通用CAE前后处理工具软件HyperMesh建立其系统CAE分析模型[2]。在分析模型的建立过程中,大部分零件均采用实体单元进行建模,对于炉裙等少部分薄板零件采用板壳单元建模。转炉系统工作过程中的温度场与炉体内衬厚度紧密相关,耐火炉衬由工作层,永久层组成。炉役初期,耐火炉衬刚刚砌筑完毕,内衬呈初始厚度,随着使用时间的增长,工作层逐渐减薄,到炉役后期,炉衬减薄到一定值后,必须停炉更换炉衬。显然,炉役初期和炉役末期,因耐火炉村厚度不同,转
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