氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的熱流固耦合有限元分析.pdf

1、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是我國(guó)目前鋼鐵行業(yè)主要的煉鋼方法之一，由于成套轉(zhuǎn)爐的成本較高，冶煉工藝比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)爐的使用壽命對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益有重要的影響，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐的使用壽命已經(jīng)成為了鋼鐵企業(yè)技術(shù)革新的核心工作。在吹煉過(guò)程中，熔池內(nèi)鋼液長(zhǎng)期地沖刷、噴濺及氧化爐襯表面，造成爐襯熔損;轉(zhuǎn)爐由于熱膨脹和溫度不均引起的較高熱應(yīng)力導(dǎo)致?tīng)t體結(jié)構(gòu)變形甚至斷裂;同時(shí)，在傾動(dòng)過(guò)程中，熱應(yīng)力大幅度地變化使?fàn)t體結(jié)構(gòu)反復(fù)地收縮、膨脹，極容易出現(xiàn)疲勞裂紋。以上原因可能造成轉(zhuǎn)

2、爐變形、裂紋、過(guò)熱及燒穿等破壞，直接縮短轉(zhuǎn)爐的使用壽命、降低經(jīng)濟(jì)效益。
　　本文采用順序耦合的方式，利用CFD和ANSYS軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的熱-流-固耦合分析計(jì)算，依次得到了轉(zhuǎn)爐熔池的流場(chǎng)、轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的溫度場(chǎng)及綜合應(yīng)力場(chǎng)。研究方法和研究步驟基本合理，具有一定的研究?jī)r(jià)值，為其他領(lǐng)域的研究工作提供了一種可行方案。另外，本文仿真分析了不同傾動(dòng)角下轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的熱-固耦合應(yīng)力場(chǎng)，考察了轉(zhuǎn)爐各組成部件的最大應(yīng)力-傾動(dòng)角變化規(guī)律以及動(dòng)載沖擊的影響。

3、重點(diǎn)探討了轉(zhuǎn)爐托圈蝕損前后承載能力的分析研究，并提出合理的建議。
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氧氣吹煉時(shí)，造成了較大的液面擾動(dòng)，且鋼液飛濺，有少量鋼液粘著在熔池內(nèi)壁與氧槍外壁的較高位置上，這種較強(qiáng)烈的鋼液噴濺會(huì)沖蝕爐襯耐火材料;在純頂吹條件下熔池底部流速微弱，鋼液流速小于0.06m/s，這種死區(qū)不利于熔池?cái)嚢?，脫碳能力較差;爐殼的熱-流-固耦合最大應(yīng)力值在下夾持塊與爐殼連接處，可達(dá)198MPa，接近于爐殼材料的屈服極限，需要改進(jìn)其局部結(jié)構(gòu)，降