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转炉余热烟道热应力计算

孟祥东  
【摘要】:转炉是炼钢厂的主要设备之一,在吹炼过程中会产生大量含有CO、少量CO2及微量其他成分的高温气体。气体中夹带着大量的氧化铁、金属铁和其他颗粒细小的固体烟尘,这股高温含尘气流冲出炉口进入收集与净化系统。烟气的收集与疏导装置主要有活动烟罩和固定烟罩。烟气的疏通管道又称烟道,兼起降温作用,内面与高温烟气接触,管内温水冷却,形成很高的热负荷和很大的温度梯度。热应力的循环作用是烟道发生破坏的主要原因。经常性地检修补焊既危及安全生产,又影响钢厂产量和经济效益。分析转炉余热烟道工作状态下的温度场和热应力,对指导转炉余热烟道的设计、制造和使用维护,提高烟道的使用寿命,保证转炉炼钢长期稳定大量的生产有着重大的意义。 本课题研究转炉系统中余热烟道的温度场和热应力的问题。以某钢厂180t氧气顶吹转炉余热烟道为研究对象,建立了该烟道隔板—水管纵向间隔环绕而成的实体模型,求解了其工作状态下的稳态温度场;根据弹性力学理论计算了烟道的热应力,发现烟道整体结构热应力较大,尤其是罩裙处、活动烟罩转弯处、斜烟道与竖烟道连接处的热应力值已经超过屈服极限;根据弹塑性力学原理,应用子模型技术,对上述部位进行了二次计算,烟道部分结构发生了塑性变形,使用寿命较短。 考虑材料的物理性能参数随烟道工作温度的变化,利用APDL语言编写了烟道温度场和热应力的参数化计算程序;针对该180t氧气顶吹转炉余热烟道的运行工况,讨论了烟气入口温度、冷却水流速、隔板厚度和冷却水管壁厚等因素对温度场和热应力的影响,比较了烟道在不同结构参数时的冷却能力;计算了该烟道在全汽化冷却条件下的温度场和热应力,并比较了全汽化冷却和水冷却的冷却效果。文中的计算模型和计算程序可方便地用于转炉余热烟道结构参数评估和优化设计


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