狹縫透氣磚熱應(yīng)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(guān)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(huì)受熱膨脹產(chǎn)生熱應(yīng)力，其伴隨著工況的變化導(dǎo)致溫度的急劇變化以及鋼水的物理化學(xué)侵蝕出現(xiàn)開裂、破損、剝落等嚴(yán)重?fù)p壞情況。為了提高對透氣磚使用過程受熱受力情況的認(rèn)識，減少由于熱應(yīng)力所導(dǎo)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(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬;通過對比不同狹縫布置對透氣磚溫度與應(yīng)

2、力分布提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化;通過實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)合研究了透氣磚材料物性對透氣磚工作熱應(yīng)力的影響，為材料優(yōu)化以降低透氣磚熱應(yīng)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(shí)際煉鋼生產(chǎn)過程的連續(xù)性模擬計(jì)算烤包、出鋼、精煉與連鑄階段透氣磚內(nèi)部溫度場與應(yīng)力場，與以往研究相比更全面反映透氣磚工作時(shí)溫度與應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化情況，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn):在透氣磚工作面附近的中心區(qū)域應(yīng)力較大且狹縫尖端為應(yīng)力集中處;中心路徑第

3、一主應(yīng)力計(jì)算發(fā)現(xiàn)在高度Z=0.24m處應(yīng)力最大，且在烤包與出鋼階段為壓應(yīng)力，精煉與連鑄階段為拉應(yīng)力;比較不同階段透氣磚受力情況發(fā)現(xiàn)精煉時(shí)受力情況最惡劣為最容易損壞的階段;通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測量并參考其他研究部分驗(yàn)證模型的準(zhǔn)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(yīng)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(shí)中心區(qū)域應(yīng)力增大;通過對比狹縫與半徑角度為0°，30°，60°，9

4、0°布置時(shí)相同工況下熱應(yīng)力情況發(fā)現(xiàn)，后3種情況均能大大降低中心區(qū)域應(yīng)力較大的現(xiàn)象，狹縫與半徑角度增大會(huì)增加狹縫尖端應(yīng)力;不同角度布置情況對狹縫至外邊緣區(qū)域應(yīng)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(shí)熱應(yīng)力的影響發(fā)現(xiàn)低彈性模量、低膨脹系數(shù)能降低熱應(yīng)力;以此為依據(jù)以一定的假設(shè)為前提模擬計(jì)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(yīng)力，發(fā)現(xiàn)含量分別為16％與6％左右時(shí)透氣