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钢包滑动水口CAE分析

曾锋  
【摘要】: 随着计算机技术的高速发展和有限元分析软件的不断完善,CAE技术已广泛应用于工程领域。在冶金设备设计方面,采用CAE技术可以准确地分析结构的强度和刚度等问题,计算出复杂零部件的应力分布情况,从而对结构的改进设计提供重要依据。 钢包滑动水口机构是钢包系统的重要组成部份,是将钢包内的高温钢水安全、稳定、可靠地注入中间包的重要设备。它的运行好坏直接关系到连铸浇钢的顺利进行,其使用寿命的高低、使用效果的好坏,对连铸生产有着重要影响。 本文结合生产实践,以系统CAE理论为依托,运用传热学基础知识和热应力耦合分析理论,在ANSYS软件环境下,对钢包滑动水口机构在浇铸过程中的瞬态温度场和热应力场进行了数值模拟。结果表明: 1)滑动水口机构在浇铸过程中,下滑板的温度以浇铸孔为中心向外逐渐扩散,在距离浇铸孔中心越近的位置,温度梯度越大,且在纵向方向上的温度变化要大于在横向方向上的温度变化。下水口的温度从径向方向看有明显分层,而从轴向方向看,在底部到颈部外壁温度梯度较大。 2)在浇铸过程中,机构下滑板在浇铸内孔周围存在一个压应力区,拉应力在浇铸孔周围呈环形分布。在其横向各关键点中,关键点B的第一主应力值最大为37.91MPa;在其纵向各关键点中,关键点I的第一主应力值在浇铸300s时达到最大48.46MPa。因此,在降低下滑板横向关键位置热应力的同时,减小其纵向关键位置的热应力也相当重要。机构下水口瞬时第一主应力在径向方向上逐渐减小,而在轴向方向上变化很小,在颈部关键点E处附近区域的应力变化较大。 3)滑动水口机构的碟簧组件所施加的不同压力载荷对机构的热应力值影响非常小,可以不予考虑。 4)可以运用系统CAE仿真技术对复杂的冶金设备进行整体建模,对其进行不同载荷工况下的数值模拟,从而获得分析对象的整体性能,为设备的科学维护及今后的设计改进提供参考依据。


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