基于有限元法的转炉托圈应力分析研究.pdf

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1、机械设计与制造第7期MachineryDesign&Manufacture2011年7月文章编号：1001—3997(20l1)07—0204—02基于有限元法的转炉托圈应力分析研究杨林建吴先文李剑(四川工程职业技术学院，德阳618000)(中国二重研究院，德阳618000)StressanalysisandresearchonconverterringbasedonfiniteelementanalysisYANGLin-jian，WUXian—wen，Ll-jian(SichuanEngineeringTechnicalCollege，Deyang61

2、8000，China)(InstituteofChinaEeZhongGroup，Deyang618000，China)Keywords：Finiteelement；Mathematicalmodeling；Stressanalysisringcarriageofconverter舢j¨im‘int、-ii“m●⋯●’●'●●～⋯●，．⋯、●／-中图分类号：TH16，TG232．2文献标识码：A此，托圈的受力比较确定，即使在倾倒过程中，受力状态也是确定1引言的。炉体及其容量总重按5lOOkN考虑。通过简化建立托圈数学转炉托圈是转炉炼钢关键性设备之一，是炼钢

3、转炉的主要模型，如图1所示。承载和传动部件II。工作时，除承受炉体、炉料等静载荷外，还承受转炉启动、制动等产生的动负荷以及来自炉体、钢水罐、渣罐及喷溅物等的热辐射和热传导所产生的热负荷I。托圈工作时受机械应力和热应力的耦合作用，产生极高的内部应力。托圈主要用于支承转炉炉体，并实现炉体的倾倒。托圈因采用微焊接结构，清渣时常常会影响焊缝质量，并影响结构强度，因此对耳轴和托圈进行了有限元分析。得到了耳轴和托圈的应力分布情况，以便更好解决焊缝质量问题。根据某炼钢厂300t转炉100t托圈进行数学建模和应力分析。图1托圈的有限元模型托圈在水平和垂直状态是两个特殊的位

4、置，水平状态只有2模型的建立铰接销轴受力[51，垂直状态则只有挡块受力[61，应为特别关注状态。对托圈进行有限元分析，首先要建立数学模型。托圈属矩形托圈要实现炉体倾倒，对于倾倒的中间过程，以l0。分度来确定截面的环形金属结构件，内部有筋板支撑。托圈在两个在互成计算中间位置，结果则只取具有代表性的中问状态。180。的位置上安装了耳轴【3I。在建立有限元模型时，按转炉水平状态、垂直状态和旋转20o、50。和70。状态分别进行应力分析。3主要计算结果托圈上有三个支承点通过铰接杆支承炉体，同时还有多个转炉托圈转动按水平状态、20。、50。及70。垂直状态分别计焊接

5、挡块限制炉体的侧向位移。由于铰接杆是典型二力杆，因算托圈等效应力，进行分析和结果处理。具体情况阐述如下。女来稿日期：2010—09—08第7期杨林建等：基于有限元法的转炉托圈应力分析研究205水平状态托圈等效应力分布，如图2所示。上支承点位置等74．5MPa，其余焊缝区的等效应力较大值均不超过40MPa。效应力最大约89．7MPa，耳轴根部过渡圆弧区等效应力约89．7MPa，其余焊缝区的等效应力较大值约61．5MPa。图6托圈垂直状态等效应力分布考虑驱动扭矩的条件下，对托转炉托圈应力无明显影响，对图2托圈的水平状态等效应力分布耳轴应力影响较大，现给出耳轴等

6、效应力分布，如图7所示。左图旋转20。状态后托圈等效应力分布，如图3所示。耳轴根部为加上公称扭矩1900kN／m的分析结果，右图为加上最大扭矩过渡圆弧区的等效应力最大约为95MPa；上支承点位置等效应力3400kN／m的计算结果。较下支承点高，约89MPa；其余焊缝区的等效应力较大值约为63．6MPa。旋转50。状态托圈等效应力分布，如图4所示。耳轴根部过渡圆弧区等效应力最大约108MPa；下支承点位置等效应力较上支承点高，约为73MPa；其余焊缝区等效应力值如图所示：图7耳轴在驱动扭矩作用下的等效应力分布4结论(1)在水平状态下，结构最大应力在上支承结构

7、焊接区，当转动一定角度(15。)后，耳轴根部应力就一直处于最大状态。在垂直状态达到最大应力约为1IOMPa；托圈体上的焊接区最大值63．5MPa。图3托圈旋转20。状态等效应力分布(2)在公称扭矩条件下，耳轴应力较垂直状态升高约9．1％，约120MPa；在最大扭矩条件下，则明显升高，达到227MPa。(3)运用有限元法的数值仿真技术对转炉托圈进行应力分析和比较运算结果。寻找解决提高应力的方法，可增加托圈工作的可靠性，有效防止托圈破坏，该研究为转炉托圈的设计与使用提供了可靠依据。参考文献[1]罗会信，严开勇，黄坤平，等．受损托圈承载应力的数值仿真分析[J]．

8、钢图4托圈旋转5O。状态等效应力分布铁研究，2004(5)．旋转7