150t精炼钢水包耐火层热-机械耦合应力分析

对设计建造的某厂150 t精炼钢水包,采用非线性有限元分析方法,建立了钢水包座包过程的三维接触模型。在温度场和热载荷分析的基础上,建立了耐火层的热-机械耦合应力分析的力学模型,并进行了相应的计算。计算结果表明,钢包壁部分的强度符合要求,不会引起开裂漏钢事故。而对耐火层的计算表明,耐火层包底热-机械耦合应力虽然最大,但由于处于压应力状态,尚没有超过耐材的抗压强度,包底耐火层出现开裂的可能性不大。在耳轴箱部位的耐火层的热-机械耦合应力虽然不是最大,但该区域处于拉应力主导状态,在内壁和外壁的应力幅值均已达到或超过耐材的抗折强度,容易产生沿壁厚方向的贯穿性裂纹,引发漏钢事故。根据计算结果,采用降低相对变形的技术方法,降低了耳轴箱部位耐火层的应力幅值,有效地解决了大吨位、大容积比钢水包上部耐火层漏钢的技术问题。

钢水包耐火层热应力分析

综合考虑钢水包温度载荷和多接触面弹性接触载荷,建立了复杂空间结构钢水包的三维多接触面热弹性接触有限元分析模型,对易耗损的耐火层进行了热应力分析。计算结果表明,耐火层产生了较高的热应力,最大为89MPa。耐火层的包身与包底内壁交界是强度危险区,耳轴与耳轴箱交界处热应力较高,温度是外壁最高处,同样是强度危险区。

150 t钢水包扩容减重研究

针对某炼钢厂150 t精炼钢水包扩容到165 t后的初步设计超重问题,采用热机耦合有限元方法,考虑吊运、底部坐包和耳轴箱坐包3种工况,计算了初步设计钢包的温度场和热机耦合应力场。依据计算结果,进行了3轮减重优化分析。在每一轮分析中,根据耦合应力和温度分布分析结果,逐步优化钢包结构和尺寸。最终,使钢包外璧最高温度控制在340℃以下,最大耦合应力控制在265 MPa以下,耐火层最大耦合应力控制在20 MPa以下。通过选用高强度、抗热蠕变钢材制造钢包结构,使用减重优化设计降低钢包质量10.2 t,满足了不改造或更换吊运装置和钢水加盖机构的要求,现场运行良好。该研究为提高钢包扩容能力的相关技术水平提供了重要的依据。

精炼钢包扩容热应力计算

为了确保250t精炼钢包扩容到270t安全性,建立三维结构模型和非线性有限元模型,仿真计算钢包包壳和耐火层温度场及热应力场。计算结果表明,热应力占主导地位。最终确定了扩容钢包的优化结构型式和尺寸,选取包壳及钢结构材料。现场钢包热试和投产使用情况表明,270t扩容钢包使用效果良好,提高了生产效率。