混合法在確定高爐爐殼開孔強(qiáng)度中的應(yīng)用.pdf

1、冶金工程中高爐爐殼上密集、形狀各異的孔洞分布，以及高爐爐殼所承受的復(fù)雜多變載荷給固體力學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)技術(shù)提出了新的課題。如何準(zhǔn)確判定爐殼上開孔位置、大小、形狀對(duì)爐殼強(qiáng)度的影響，研究出一套切實(shí)可行的判定方法，是冶金行業(yè)中急需解決的關(guān)鍵問題之一。為了探討孔洞對(duì)爐殼應(yīng)力狀態(tài)的影響，合理設(shè)計(jì)和布置爐殼上的開孔位置，延長(zhǎng)高爐爐殼壽命，保證高爐的正常生產(chǎn)，本文在以下幾方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究工作：①考慮到爐殼上具體的開孔形狀，分別就單孔情況下對(duì)

2、圓孔、長(zhǎng)圓孔、方孔在 不同載荷條件下進(jìn)行解析解分析。②對(duì)單排多孔狀態(tài)下單孔的位置、大小變化所引起的應(yīng)力集中系數(shù)的改變，通 過有限元法進(jìn)行計(jì)算分析，得到各參數(shù)對(duì)其影響規(guī)律，并將結(jié)果與公開發(fā)表 的文獻(xiàn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在確認(rèn)其變化規(guī)律的同時(shí)，驗(yàn)證本文后面針對(duì)具 體生產(chǎn)實(shí)踐所應(yīng)用的計(jì)算方法的準(zhǔn)確性以及所應(yīng)用的有限元軟件的可靠性。③為鋼鐵企業(yè)爐殼開孔強(qiáng)度計(jì)算問題，建立了一套系統(tǒng)的計(jì)算方法。由于高爐 實(shí)際工況的復(fù)雜性和特殊

3、性，不可能完全按照高爐的實(shí)際工況建立有限元模 型。本文采用了包括分析計(jì)算、有限元計(jì)算、光彈性分析、現(xiàn)場(chǎng)電測(cè)及現(xiàn)場(chǎng) 光測(cè)在內(nèi)的混合法，分別對(duì)某鋼鐵企業(yè)內(nèi)的兩座高爐進(jìn)行開孔分析。具體方 法是首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及有關(guān)單位提供的高爐實(shí)際工況、材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸， 根據(jù)已知的各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算出整體應(yīng)力，并分析得出最大整體應(yīng)力。隨后， 根據(jù)所求出的最大整體應(yīng)力，應(yīng)用ALGOR和ANSYS有限元計(jì)算軟件，對(duì)這兩 座高爐安裝冷卻筒的各種

4、開孔情況分別進(jìn)行彈性有限元法分析，得出開孔后 爐殼應(yīng)力分布狀況，以壓力容器的強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)來判定開孔后爐殼的安全 性。④用三維光彈性實(shí)驗(yàn)分析的方法，模擬高爐爐殼爐腰部位，制作一個(gè)直徑為 680mm的大型模型，并模擬高爐實(shí)際載荷條件，對(duì)高爐爐殼進(jìn)行研究，得到 不同開孔情況下爐殼應(yīng)力場(chǎng)的分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。⑤首次用電測(cè)與數(shù)字圖象相關(guān)測(cè)量方法進(jìn)行高爐爐殼現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)力的測(cè)試，將 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與整體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較和分析，作為

5、有限元計(jì)算邊界條件確 定的依據(jù)，為工程提供可靠的數(shù)據(jù)，并使得電測(cè)和數(shù)字圖象相關(guān)測(cè)量方法的 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)在冶金行業(yè)上得到應(yīng)用。全文從理論、計(jì)算、試驗(yàn)到工程應(yīng)用實(shí)踐，將混合法首次在冶金行業(yè)的高爐爐殼強(qiáng)度分析中得到應(yīng)用，建立了一套系統(tǒng)完整的高爐爐殼開孔強(qiáng)度的評(píng)定方法。本文的研究成果已經(jīng)在實(shí)踐中得到應(yīng)用并取得良好的效果，可以在冶金行業(yè)中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞： 高爐爐殼 開孔強(qiáng)度 應(yīng)力集中系數(shù) 有限元法 混合法 光