新型钢包结构及其高效保温性能的研究

论文摘要

钢包是炼钢冶炼炉和连铸机之间的主要衔接设备，对连铸顺行起着重要的作用。钢包的保温性能对降低冶炼炉出钢温度、改善铸坯质量、降低包壁散热、提高钢包内衬使用寿命、优化生产工艺以及降低生产成本有着十分重要的意义。本文以钢包保温性能为主题，主要进行了以下的研究。（1）对传统钢包进行保温性能研究，并基于传热学理论，应用有限元技术建立了钢包三维有限元模型，模拟计算了钢包工作状态下稳态及瞬态温度分布，并探讨影响钢包保温性能的主要因素，得出各个主要因素对其保温性能的影响规律。（2）通过分析影响钢包保温性能因素，提出一种新型保温钢包结构设计方法。在设计中，在钢包钢水和包壳之间加入“绝热保温毡+保温隔热板”双层耐材结构模式，然后对新型钢包温度分布进行数值模拟，与传统钢包相比，达到新型钢包外壳表征平均温度降低了45℃左右以及钢水温度温降平均降低了0.25℃·min-1。（3）从三种不同工况下来模拟分析钢包热应力，钢包在落地工况下，钢包壳底部出现应力最大值211.5MPa，根据断裂理论，对钢包壳进行应力分析，钢包壳的安全系数为2.77，在材料的允许范围内。这就在保证钢包寿命的前提下，提高了钢包的保温性能。本文研究工作对于了解钢包保温性能、选择合适的内衬物性和内衬结构起到一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 钢包技术国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 钢包耐火材料研究现状与发展趋势
• 1.2.2 钢包热行为研究技术的发展和应用概况
• 1.2.3 钢包热循环过程热行为的研究方法
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 钢包保温性能及其影响因素
• 2.1 钢包热传导及数学模型
• 2.2 钢包热循环系统
• 2.2.1 钢包热循环流程的划分
• 2.2.2 钢包热循环过程传热
• 2.3 钢包材料与结构对保温性能的影响
• 2.3.1 钢包的有限元模型
• 2.3.2 钢包的物化参数和边界条件
• 2.3.3 钢包典型工况下温度场的计算
• 2.3.4 钢包物性参数对保温性能的影响
• 2.4 烘烤时间对钢包保温性能的影响
• 2.4.1 工况及边界条件的确定
• 2.4.2 烤包稳态温度场
• 2.4.3 烘包阶段模拟结果及分析
• 2.5 钢包加盖对保温性能的影响
• 2.5.1 钢包加盖对内衬温度的影响
• 2.5.2 钢包加盖对钢水温度的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 新型钢包的保温性能分析
• 3.1 新型钢包保温节能衬体材料
• 3.1.1 绝热保温毡
• 3.1.2 保温隔热板
• 3.1.3 钢包工作层和永久层内衬材料选择
• 3.2 新型钢包有限元模型
• 3.2.1 钢包结构材料参数
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 钢包的有限元模型
• 3.3 烤包工况的模拟
• 3.4 钢包典型工况下钢包外壳温度变化规律
• 3.4.1 钢包稳态温度场
• 3.4.2 钢包外壳温度
• 3.5 钢包典型工况下钢包钢水温度变化规律
• 3.5.1 钢包瞬态温度变化规律
• 3.5.2 钢水温降速度
• 3.6 新型加盖钢包保温性能模拟分析
• 3.6.1 典型工况下加盖钢包内衬温度分析
• 3.6.2 钢包加盖钢水温度变化规律分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 新型钢包应力模拟和强度分析
• 4.1 保温条件下的钢包应力分布规律
• 4.1.1 边界条件的确定
• 4.1.2 钢包满包吊运状态下应力场分布
• 4.1.3 钢包在台车上时的应力场分布
• 4.1.4 钢包落地状态时的应力场分布
• 4.2 钢包保温对钢包内衬和外壳强度影响分析
• 4.2.1 新型钢包内衬强度分析
• 4.2.2 外壳强度影响分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间的主要成果
• 致谢
• 详细摘要