基于有限元法的轉(zhuǎn)爐托圈應(yīng)力分析研究.pdf

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1、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造第7期MachineryDesign&Manufacture2011年7月文章編號(hào)：1001—3997(20l1)07—0204—02基于有限元法的轉(zhuǎn)爐托圈應(yīng)力分析研究楊林建吳先文李劍(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德陽(yáng)618000)(中國(guó)二重研究院，德陽(yáng)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●?●’●'●●～?●，．?、●／-中圖分類號(hào)：TH16，TG232．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A此，托圈的受力比較確定，即使在傾倒過(guò)程中，受力狀態(tài)也是確定1引言的。爐體及其容量總重按5lOOkN考慮。通過(guò)簡(jiǎn)化建立托圈數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)爐托圈是轉(zhuǎn)爐煉鋼關(guān)鍵性設(shè)備之一，是煉鋼

3、轉(zhuǎn)爐的主要模型，如圖1所示。承載和傳動(dòng)部件II。工作時(shí)，除承受爐體、爐料等靜載荷外，還承受轉(zhuǎn)爐啟動(dòng)、制動(dòng)等產(chǎn)生的動(dòng)負(fù)荷以及來(lái)自爐體、鋼水罐、渣罐及噴濺物等的熱輻射和熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生的熱負(fù)荷I。托圈工作時(shí)受機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的耦合作用，產(chǎn)生極高的內(nèi)部應(yīng)力。托圈主要用于支承轉(zhuǎn)爐爐體，并實(shí)現(xiàn)爐體的傾倒。托圈因采用微焊接結(jié)構(gòu)，清渣時(shí)常常會(huì)影響焊縫質(zhì)量，并影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此對(duì)耳軸和托圈進(jìn)行了有限元分析。得到了耳軸和托圈的應(yīng)力分布情況，以便更好解決焊縫質(zhì)量問(wèn)題。根據(jù)某煉鋼廠300t轉(zhuǎn)爐100t托圈進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和應(yīng)力分析。圖1托圈的有限元模型托圈在水平和垂直狀態(tài)是兩個(gè)特殊的位

4、置，水平狀態(tài)只有2模型的建立鉸接銷軸受力[51，垂直狀態(tài)則只有擋塊受力[61，應(yīng)為特別關(guān)注狀態(tài)。對(duì)托圈進(jìn)行有限元分析，首先要建立數(shù)學(xué)模型。托圈屬矩形托圈要實(shí)現(xiàn)爐體傾倒，對(duì)于傾倒的中間過(guò)程，以l0。分度來(lái)確定截面的環(huán)形金屬結(jié)構(gòu)件，內(nèi)部有筋板支撐。托圈在兩個(gè)在互成計(jì)算中間位置，結(jié)果則只取具有代表性的中問(wèn)狀態(tài)。180。的位置上安裝了耳軸【3I。在建立有限元模型時(shí)，按轉(zhuǎn)爐水平狀態(tài)、垂直狀態(tài)和旋轉(zhuǎn)20o、50。和70。狀態(tài)分別進(jìn)行應(yīng)力分析。3主要計(jì)算結(jié)果托圈上有三個(gè)支承點(diǎn)通過(guò)鉸接桿支承爐體，同時(shí)還有多個(gè)轉(zhuǎn)爐托圈轉(zhuǎn)動(dòng)按水平狀態(tài)、20。、50。及70。垂直狀態(tài)分別計(jì)焊接

5、擋塊限制爐體的側(cè)向位移。由于鉸接桿是典型二力桿，因算托圈等效應(yīng)力，進(jìn)行分析和結(jié)果處理。具體情況闡述如下。女來(lái)稿日期：2010—09—08第7期楊林建等：基于有限元法的轉(zhuǎn)爐托圈應(yīng)力分析研究205水平狀態(tài)托圈等效應(yīng)力分布，如圖2所示。上支承點(diǎn)位置等74．5MPa，其余焊縫區(qū)的等效應(yīng)力較大值均不超過(guò)40MPa。效應(yīng)力最大約89．7MPa，耳軸根部過(guò)渡圓弧區(qū)等效應(yīng)力約89．7MPa，其余焊縫區(qū)的等效應(yīng)力較大值約61．5MPa。圖6托圈垂直狀態(tài)等效應(yīng)力分布考慮驅(qū)動(dòng)扭矩的條件下，對(duì)托轉(zhuǎn)爐托圈應(yīng)力無(wú)明顯影響，對(duì)圖2托圈的水平狀態(tài)等效應(yīng)力分布耳軸應(yīng)力影響較大，現(xiàn)給出耳軸等

6、效應(yīng)力分布，如圖7所示。左圖旋轉(zhuǎn)20。狀態(tài)后托圈等效應(yīng)力分布，如圖3所示。耳軸根部為加上公稱扭矩1900kN／m的分析結(jié)果，右圖為加上最大扭矩過(guò)渡圓弧區(qū)的等效應(yīng)力最大約為95MPa；上支承點(diǎn)位置等效應(yīng)力3400kN／m的計(jì)算結(jié)果。較下支承點(diǎn)高，約89MPa；其余焊縫區(qū)的等效應(yīng)力較大值約為63．6MPa。旋轉(zhuǎn)50。狀態(tài)托圈等效應(yīng)力分布，如圖4所示。耳軸根部過(guò)渡圓弧區(qū)等效應(yīng)力最大約108MPa；下支承點(diǎn)位置等效應(yīng)力較上支承點(diǎn)高，約為73MPa；其余焊縫區(qū)等效應(yīng)力值如圖所示：圖7耳軸在驅(qū)動(dòng)扭矩作用下的等效應(yīng)力分布4結(jié)論(1)在水平狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力在上支承結(jié)構(gòu)

7、焊接區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度(15。)后，耳軸根部應(yīng)力就一直處于最大狀態(tài)。在垂直狀態(tài)達(dá)到最大應(yīng)力約為1IOMPa；托圈體上的焊接區(qū)最大值63．5MPa。圖3托圈旋轉(zhuǎn)20。狀態(tài)等效應(yīng)力分布(2)在公稱扭矩條件下，耳軸應(yīng)力較垂直狀態(tài)升高約9．1％，約120MPa；在最大扭矩條件下，則明顯升高，達(dá)到227MPa。(3)運(yùn)用有限元法的數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)爐托圈進(jìn)行應(yīng)力分析和比較運(yùn)算結(jié)果。尋找解決提高應(yīng)力的方法，可增加托圈工作的可靠性，有效防止托圈破壞，該研究為轉(zhuǎn)爐托圈的設(shè)計(jì)與使用提供了可靠依據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]羅會(huì)信，嚴(yán)開(kāi)勇，黃坤平，等．受損托圈承載應(yīng)力的數(shù)值仿真分析[J]．

8、鋼圖4托圈旋轉(zhuǎn)5O。狀態(tài)等效應(yīng)力分布鐵研究，2004(5)．旋轉(zhuǎn)7