转炉托圈新增人孔数字仿真研究

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1、中国冶金装备网---中国冶金人的网转炉托圈新增人孔数字仿真研究罗会信，李绍凯（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉430081）摘要：为了便于对托圈进行维护，在转炉托圈上开设了两个人孔。应用了有限元法，在考虑托圈约束、承载、热辐射等因素的情况下，对不同倾动角度工况下的转炉托圈热应力进行了仿真。通过仿真结果对比发现，开孔后托圈开孔处应力略增大，但托圈仍在安全使用范围内。关键词：转炉托圈；热应力；仿真；人孔；研究Digitalsimulationresearchofnewaddedmanholeonsupportin

2、gringofconventerLuohui-xin，lishao-kai(DepartmentofMachinery&Automation,WuhanUniversityofScience&Technology,Wuhan430081,China)Abstract：Inordertofacilitatingthemaintenance,thesupportingringofconventerisneededtoaddtwomanholes.Consideringtheconstraints,theability

3、tobearload,thermalradiationetc,supportingringofconventerwascarriedoutsimulationofthermalstresswithdifferenttiltinganglesbyfiniteelementmethod.Comparingtheresultsofsimulation,wecoulddrawaconclusionthatthestressonmanholeincreasesslightly,butthesupportingringiss

4、tillinthesafeusingrange.Keywords:convertersupportingring;thermalstress;simulation;manhole;research1前言转炉托圈是炼钢设备转炉的重要承载部件，又是基本传动部件。在炼钢过程中，它起着支撑转炉炉体，带动转炉炉体转动的作用。工作中托圈除承受炉体、钢液及炉体附件的静载荷作用并传递倾动力矩，还承受顶吹的氧气的压力以及频繁启、制动产生的动载荷以及高温热传导与辐射所产生的热负荷作用，因此它是存在极大风险的关键主体设备。某厂250t

5、转炉托圈已投产使用2年，托圈为整体托圈。在生产过程中，发现该厂两座同等容量的转炉托圈内筋板有开裂的情况发生。为防止托圈开裂造成重大安全事故，需对现有整体式转炉托圈进行局部修改，以便于工作人员进入托圈内部，了解托圈内部运行状况。修改方案是在托圈的炉前侧和炉后侧各与耳轴轴线对称成31.5°方向各增开一个人孔[1]，便于工作人员进出，对其进行检修。针对新增人孔会对转炉托圈应力造成影响，应用了有限元仿真技术对转炉托圈进行了热应力仿真分析。2转炉托圈结构特点转炉和托圈之间是通过3组垂直链杆和2组水平链杆相连接。链杆与转炉及

6、托圈间有关键轴承，因此，将链接杆看成二力杆。又因为在转炉倾动过程中，炉体和托圈的相对位置变化不大，开人孔仅对托圈本身的局部应力分布有影响，所以仅以托圈为分析研究对象，简化计算模型。在不同倾动角度下，计算出链杆承受的转炉载荷，然后将以约束反力的形式施加于托圈链接座上。转炉托圈结构见图1所示。作者简介：罗会信，男1962年出生，武汉科技大学机械自动化学院，教授，硕士，从事冶金设备有限元仿真研究中国冶金装备网---中国冶金人的网图1转炉托圈结构3托圈模型的建立严格按照三维CAD模型尺寸参数及结构特点，来建立CAE分析的

7、整体模型。在有限元模型的建立过程中,所有零件均采用实体单元进行建模。图2为开人孔后托圈的三维CAE模型。进行有限元分析时，采用的全局坐标系如下：X轴与耳轴轴线重合，且从主动侧指向从动侧为正；Y轴在水平面内通过托圈中心，由炉前指向炉后为正；Z轴在垂直平面内，当炉口向上时，与转炉对称轴重合，由炉底指向炉口为正。倾动角以炉口朝上为0位，朝炉前侧倾动为正，炉后侧倾动为负。图2开人孔托圈CAE模型4托圈的热分析托圈系统在炼钢过程中受到炉体的热辐射引起的温度升高[2][3]，为了全面计算托圈的应力，必须考虑温度场与结构载荷共

8、同作用下的应力场，这就要求首先对托圈进行热分析。转炉在炼钢过程中的传热过程可以近似地看作是一个稳态传热过程，在不同的倾动角下，其温度场基本相同。为计算方便起见，将辐射换热折算成对流换热进行计算。中国冶金装备网---中国冶金人的网式中，—黑度—斯忒藩-波耳兹曼常数，—两表面的温度，K。因此，复合对流换热系数为：—表面传热系数（热交换系数），按照上述理论，我们对转炉系统各部位