布料溜槽长寿命设计及其剩余寿命研究

论文摘要

布料溜槽是高炉布料系统中最核心的部分之一,所有进入高炉的炼铁原材料都要通过布料溜槽,布料溜槽极易失效。目前,提高布料溜槽的使用寿命,成为各大、小钢铁企业所亟待解决的问题。溜槽鹅头是布料溜槽的重要组成部分之一,鹅头是否可以重复利用目前是通过经验判断,如果判断失误,将难免造成事故,而太保守又会造成较大的浪费,不能充分发挥其经济效益。因此,提高溜槽使用寿命、采用科学的方法评估溜槽寿命对降低生产损失、降低高炉休风率以及充分发挥无料钟炉顶高炉的优势具有十分重要的现实意义。布料溜槽的长度和b值(溜槽回转中心到溜槽底部的垂直距离)对溜槽的寿命有着重要影响,论文在对溜槽布料规律进行研究基础上,考虑其布料要求与使用寿命等因素,推导了设计溜槽时的长度和b值计算公式。论文针对目前高炉布料溜槽使用寿命达不到用户要求的实际情况,对溜槽常见失效形式进行失效分析,研究了溜槽衬板、承力外壳、保护外壳和溜槽鹅头等部件的失效原因,并根据布料溜槽失效原因对溜槽整体结构、衬板和保护外壳进行了改进设计,研制出了长寿命布料溜槽。针对目前主要靠经验判断布料溜槽鹅头是否可重复利用的缺陷,提出了用断裂力学相关理论来预测鹅头疲劳寿命的方法。首先,利用有限元分析软件ANSYS分析了布料溜槽的受力情况,再根据有限元分析结果结合断裂力学相关理论,对鹅头进行了疲劳裂纹扩展速度预测和剩余寿命预测。并通过逆运算得到了指定寿命下的容许缺陷长度,为判断溜槽鹅头是否可重复利用提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 布料溜槽寿命研究
• 1.2.2 疲劳寿命预测的研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容及意义
• 第2章 布料溜槽特性分析
• 2.1 无料钟炉顶布料溜槽的工作原理
• 2.2 无料钟炉顶的布料方式
• 2.3 现有布料溜槽结构分析
• 2.3.1 直挂式小溜槽
• 2.3.2 臂挂式小溜槽
• 2.3.3 臂挂式大溜槽
• 2.4 布料规律
• 2.4.1 炉料进入溜槽的初速度的确定
• 2.4.2 炉料在溜槽上的运动分析
• 2.4.3 炉料在空区的运动
• 2.5 布料溜槽基本尺寸的确定
• 2.5.1 布料溜槽b 值的确定
• 2.5.2 布料溜槽长度的确定
• 2.6 本章小结
• 第3章 布料溜槽失效分析
• 3.1 布料溜槽衬板失效分析
• 3.1.1 布料溜槽衬板失效形式概述
• 3.1.2 布料溜槽衬板失效分析
• 3.1.3 结论
• 3.2 布料溜槽保护外壳失效分析
• 3.2.1 布料溜槽保护外壳失效概述
• 3.2.2 检验及结果
• 3.2.3 结论
• 3.3 布料溜槽承力外壳开裂分析
• 3.3.1 检验及结果
• 3.3.2 结论
• 3.4 布料溜槽鹅头及其它形式的失效分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 布料溜槽鹅头疲劳寿命预测
• 4.1 布料溜槽有限元分析
• 4.1.1 布料溜槽模型的建立
• 4.1.2 网格的划分
• 4.1.3 载荷及边界条件
• 4.1.4 布料溜槽应力及变形分布
• 4.2 疲劳裂纹扩展的相关理论
• 4.2.1 应力强度因子
• 4.2.2 断裂韧度
• 4.2.3 疲劳裂纹在交变应力下的扩展速率
• 4.2.4 疲劳裂纹扩展寿命的预测计算
• 4.3 布料溜槽鹅头剩余寿命估算
• 4.3.1 确定初始裂纹的尺寸
• 4.3.2 确定临界裂纹长度
• 4.3.3 确定结构参数C、n
• 4.3.4 剩余寿命计算
• 4.4 容许初始裂纹估算
• 4.5 本章小结
• 第5章 大高炉布料溜槽长寿命设计
• 5.1 布料溜槽整体结构设计
• 5.1.1 布料溜槽长度和b 值的确定
• 5.1.2 布料溜槽整体结构
• 5.2 布料溜槽材料的选择
• 5.2.1 溜槽本体材料选择
• 5.2.2 溜槽衬板材料及制备技术
• 5.3 耐磨衬板结构设计
• 5.3.1 料磨料结构设计
• 5.3.2 叠装衬板结构设计
• 5.4 应用实例
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表论文