300t转炉倾翻力矩有限元分析、计算与耳轴位置确定的研究

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1、中国冶金装备网—中国冶金人的网300t转炉倾翻力矩有限元计算与耳轴位置确定的研究摘要采用大型通用有限元分析软件ANSYS提供的模型力学计算工具及其逐行解释性的APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)参数化设计语言，对300t转炉倾动力矩进行了分析、计算，绘出了转炉倾动力矩曲线，并对倾动力矩进行优化，对耳轴位置确定提供了可靠依据，对转炉设计具有较重要的参考价值。关键词ANSYS参数化设计语言转炉耳轴位置倾动力矩StudyofFiniteElementAnalysis&CalculationofTiltingMomenta

2、ndTrunnionPositionconfirmingfor300tConverterJIANGZhihao(BSIETMechanicalDept.,Beijing100043)AbstractThispaperanalyzesandcalculatesthetiltingmomentof300tconverterwiththecalculationtoolofmodelmechanicsandascriptingparametricdesignlanguagesAPDLsupportedbyfiniteelementanalysissoftw

3、areANSYS.Itpresentsthemomentcurve,optimizesthemoment,andprovidesthereliablecausesfortrunnionpositionconfirming.Ithastheimportantreferencevaluetoconverterdesign.KeywordsAPDLconvertertrunnionpositiontiltingmomentANSYS软件是一个功能强大而灵活的大型通用有限元分析软件，提供的模型力学特性计算工具能方便地对模型包括模型体积、质量、转动惯量、质心

4、坐标等参数的模型力学特性进行计算；ANSYS提供APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)参数化设计语言，具有一般程序语言的功能，如参数、宏、标量、向量及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANSYS有限元数据库等，另外还提供简单界面定制功能，实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行应用程序等[2~3]；本文利用ANSYS软件提供的上述功能对某厂300t转炉的倾动力矩进行计算，绘制倾动力矩曲线；计算最大倾动力矩构成情况，确定耳轴最佳位置。1概述倾动力矩是转炉倾动机构设计的重要参数，计算它的目的是：确定额定倾动力矩值，作为

5、倾动机构设计的依据；确定转炉最佳的耳轴位置。转炉倾动力矩由四部分组成：M=Mk1+Mk2+Md+Mm式中Mk1—炉壳和炉衬产生的空炉力矩(由炉壳和炉衬重量引起的静助力矩)，空炉的质心与耳轴中心的距离可以改变，在倾动过程中，空炉力矩Mk1与倾动角度α和耳轴位置存在线性函数关系；Mk2--托圈等炉壳联接装置产生的空炉力矩，它只是倾动角度简单的正弦函数；Md—炉液力矩(炉内液体(包括铁水和渣)引起的静力矩)，在倾动过程中，炉液的质心位置是变化的，出钢时其质量也发生变化，均随倾动角度α的变化而变化，故Md与倾动角度和耳轴位置也存在函数关系；Mm—转炉耳轴上

6、的摩擦力矩，它在转炉倾动过程中变化较复杂，炉液末倒出前呈定值关系，在有炉液倒出与倒完之间呈复杂非线性关系，以后呈定值关系；由于这些数值较小可视为常量或者略去。本文将对耳轴摩擦力矩进行较精确计算(µ--摩擦系数；对滑动轴承取µ=0.1-0.15；中国冶金装备网—中国冶金人的网对滚动轴承取µ=0.05；本文计算时取µ=0.05)。耳轴摩擦力矩Mm的方向总是与转动方向相反，所以在倾动全过程中都是正值[1]。将炉壳和炉衬产生的力矩与托圈等炉壳联接装置产生的力矩合成为空炉力矩：Mk=Mk1+Mk2，转炉倾动力矩改为M=Mk+Md+Mm，即转炉倾动力矩可改为由

7、三部分组成。2基础数据求解2.1用ANSYS软件建立转炉的三维模型用ANSYS软件提供的APDL语言编程建立300t转炉的三维实体模型，整体简化模型如图1所示[2~3]；三维模型主要由转炉本体、转炉连接装置和炉液三部分等组成，计算时模型中主要材料参数见表1[4]。计算坐标按如下规定选取：以转炉对称轴线为y轴，y轴与耳轴中心线的交点为坐标原点o，x轴在转炉的倾动方向上，z轴通过耳轴轴线。图1300t转炉整体简化模型表1材料属性材料弹性模量MPa泊松比密度kg·m-3钢2.068E50.307850耐热砖50000.202950炉液20000.2570

8、002.2初定转炉耳轴位置转炉炉型是指转炉砌筑后的内部形状，其炉型选择由炼钢工艺要求确定，满足一定吨位炼钢要求，其形状相对