混合法在確定高爐爐殼開孔強度中的應(yīng)用.pdf

1、冶金工程中高爐爐殼上密集、形狀各異的孔洞分布，以及高爐爐殼所承受的復(fù)雜多變載荷給固體力學(xué)理論及實驗技術(shù)提出了新的課題。如何準(zhǔn)確判定爐殼上開孔位置、大小、形狀對爐殼強度的影響，研究出一套切實可行的判定方法，是冶金行業(yè)中急需解決的關(guān)鍵問題之一。為了探討孔洞對爐殼應(yīng)力狀態(tài)的影響，合理設(shè)計和布置爐殼上的開孔位置，延長高爐爐殼壽命，保證高爐的正常生產(chǎn)，本文在以下幾方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究工作：①考慮到爐殼上具體的開孔形狀，分別就單孔情況下對

2、圓孔、長圓孔、方孔在 不同載荷條件下進(jìn)行解析解分析。②對單排多孔狀態(tài)下單孔的位置、大小變化所引起的應(yīng)力集中系數(shù)的改變，通 過有限元法進(jìn)行計算分析，得到各參數(shù)對其影響規(guī)律，并將結(jié)果與公開發(fā)表 的文獻(xiàn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在確認(rèn)其變化規(guī)律的同時，驗證本文后面針對具 體生產(chǎn)實踐所應(yīng)用的計算方法的準(zhǔn)確性以及所應(yīng)用的有限元軟件的可靠性。③為鋼鐵企業(yè)爐殼開孔強度計算問題，建立了一套系統(tǒng)的計算方法。由于高爐 實際工況的復(fù)雜性和特殊

3、性，不可能完全按照高爐的實際工況建立有限元模 型。本文采用了包括分析計算、有限元計算、光彈性分析、現(xiàn)場電測及現(xiàn)場 光測在內(nèi)的混合法，分別對某鋼鐵企業(yè)內(nèi)的兩座高爐進(jìn)行開孔分析。具體方 法是首先根據(jù)現(xiàn)場及有關(guān)單位提供的高爐實際工況、材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸， 根據(jù)已知的各項參數(shù)，計算出整體應(yīng)力，并分析得出最大整體應(yīng)力。隨后， 根據(jù)所求出的最大整體應(yīng)力，應(yīng)用ALGOR和ANSYS有限元計算軟件，對這兩 座高爐安裝冷卻筒的各種

4、開孔情況分別進(jìn)行彈性有限元法分析，得出開孔后 爐殼應(yīng)力分布狀況，以壓力容器的強度的標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)來判定開孔后爐殼的安全 性。④用三維光彈性實驗分析的方法，模擬高爐爐殼爐腰部位，制作一個直徑為 680mm的大型模型，并模擬高爐實際載荷條件，對高爐爐殼進(jìn)行研究，得到 不同開孔情況下爐殼應(yīng)力場的分布的實驗數(shù)據(jù)。⑤首次用電測與數(shù)字圖象相關(guān)測量方法進(jìn)行高爐爐殼現(xiàn)場實際應(yīng)力的測試，將 實驗結(jié)果與整體應(yīng)力計算結(jié)果進(jìn)行比較和分析，作為

5、有限元計算邊界條件確 定的依據(jù)，為工程提供可靠的數(shù)據(jù)，并使得電測和數(shù)字圖象相關(guān)測量方法的 現(xiàn)場實測技術(shù)在冶金行業(yè)上得到應(yīng)用。全文從理論、計算、試驗到工程應(yīng)用實踐，將混合法首次在冶金行業(yè)的高爐爐殼強度分析中得到應(yīng)用，建立了一套系統(tǒng)完整的高爐爐殼開孔強度的評定方法。本文的研究成果已經(jīng)在實踐中得到應(yīng)用并取得良好的效果，可以在冶金行業(yè)中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞： 高爐爐殼 開孔強度 應(yīng)力集中系數(shù) 有限元法 混合法 光