狹縫透氣磚熱應力數(shù)值模擬及優(yōu)化.pdf

1、鋼包透氣磚作為爐外精煉的關鍵元件在生產(chǎn)過程中透氣磚與鋼包其他耐火內(nèi)襯一起接觸高溫鋼水，高溫條件下透氣磚會受熱膨脹產(chǎn)生熱應力，其伴隨著工況的變化導致溫度的急劇變化以及鋼水的物理化學侵蝕出現(xiàn)開裂、破損、剝落等嚴重損壞情況。為了提高對透氣磚使用過程受熱受力情況的認識，減少由于熱應力所導致的透氣磚破壞，提高透氣磚的使用壽命與使用安全，本文通過有限元方法對鋼包用狹縫透氣磚不同工作狀態(tài)溫度場與應力場進行數(shù)值模擬;通過對比不同狹縫布置對透氣磚溫度與應

2、力分布提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化;通過實驗與仿真結(jié)合研究了透氣磚材料物性對透氣磚工作熱應力的影響，為材料優(yōu)化以降低透氣磚熱應力提供參考。研究內(nèi)容及結(jié)果主要包括:
　　 1.建立狹縫透氣磚三維物理模型與有限元模型，根據(jù)實際煉鋼生產(chǎn)過程的連續(xù)性模擬計算烤包、出鋼、精煉與連鑄階段透氣磚內(nèi)部溫度場與應力場，與以往研究相比更全面反映透氣磚工作時溫度與應力的動態(tài)變化情況，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn):在透氣磚工作面附近的中心區(qū)域應力較大且狹縫尖端為應力集中處;中心路徑第

3、一主應力計算發(fā)現(xiàn)在高度Z=0.24m處應力最大，且在烤包與出鋼階段為壓應力，精煉與連鑄階段為拉應力;比較不同階段透氣磚受力情況發(fā)現(xiàn)精煉時受力情況最惡劣為最容易損壞的階段;通過現(xiàn)場實驗測量并參考其他研究部分驗證模型的準確性。
　　 2.為了改善透氣磚受力情況，以狹縫為研究對象對比研究不同狹縫布置情況對熱應力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn):狹縫距中心距離從0.02m減為0.01m時中心區(qū)域應力增大;通過對比狹縫與半徑角度為0°，30°，60°，9

4、0°布置時相同工況下熱應力情況發(fā)現(xiàn)，后3種情況均能大大降低中心區(qū)域應力較大的現(xiàn)象，狹縫與半徑角度增大會增加狹縫尖端應力;不同角度布置情況對狹縫至外邊緣區(qū)域應力影響不大。
　　 3.通過改變控制變量彈性模量、線膨脹系數(shù)研究它們對透氣磚工作時熱應力的影響發(fā)現(xiàn)低彈性模量、低膨脹系數(shù)能降低熱應力;以此為依據(jù)以一定的假設為前提模擬計算了某剛玉—尖晶石質(zhì)透氣磚不同MgAlO4與Cr2O3含量材料的熱應力，發(fā)現(xiàn)含量分別為16％與6％左右時透氣