炉体连接装置的冲击载荷对自调螺栓的强度影响研究

摘要

自调螺栓式转炉是我国上世纪80至90年代投产的转炉中应用较广泛的一种转炉型式，这种装置的自调螺栓能较好的弥补炉体的高温变形，连接方式比较简单，容易实现。但这种型式的转炉夹持器垫块容易磨损而产生间隙，转炉运转过程中存在较大的冲击载荷。
　　本论文以某钢厂100t转炉为研究对象，运用三维CAD建模技术建立转炉系统的三维几何模型并将其导入多体动力学软件中，运用多体动力学软件对夹持器中存在不同间隙值时，转炉系统在出钢过程和空炉倾动时的冲击载荷进行仿真分析，仿真结果与空炉运转过程中的现场实测信号相吻合。对转炉中的重要承载部件——自调螺栓建立柔性体模型，通过刚柔耦合分析得到了自调螺栓在空炉运转过程和出钢过程中承受冲击载荷时的应力水平。本文研究结果表明，炉体联接装置中存在间隙冲击载荷时，自调螺栓在出钢过程的最大应力是无间隙冲击的9倍，其安全系数仅有1.39，无间隙冲击时的安全系数高达12.5，由此可知，转炉联接装置的冲击载荷对转炉自调螺栓的强度影响非常大。
　　本文的研究工作揭示了冲击载荷对自调螺栓受力状态的定量影响，对这种炉体联接方式的安全运行与维护有着着重要的理论指导意义和实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的背景

1．3 与课题相关的国内外研究现状

1．4 本课题研究的内容和研究路线

1．4．1 课题研究的内容

1．4．2 课题的研究路线

第2章 自调螺栓式转炉连接装置的组成及工作原理

2．1 转炉连接装置的介绍

2．2 自调螺栓式转炉连接装置的工作原理介绍

第3章 转炉连接装置现场测试

3．1 夹持器间隙测试

3．2 加速度传感器布置

3．3 加速度传感器的性能参数

3．4 测试冲击信号

3．4．1 转动过程的测试信号

3．4．2 第二次测试信号的时域分析

3．4．3 第三次测试信号的时域分析

3．5 本章小结

第4章 自调螺栓式转炉的CAD及CAE建模

4．1 自调螺栓式转炉的CAD模型建立

4．2 CAE建模建立

4．3 CAE模型质量统计

4．4 生成柔性体模态中性文件

4．5 材料的机械性能

第5章 自调螺栓式转炉的力学分析

5．1 转炉系统的运动分析

5．2 自调螺栓受力分析

5．3 夹持器的受力分析

第6章 自调螺栓式转炉的动力学仿真分析

6．1 转炉多刚体模型的建立

6．1．1 转炉三维模型的建立

6．1．2 建立转炉的多刚体模型

6．2 空炉状态下转炉的多体动力学分析

6．2．1 添加驱动

6．2．2 连接装置无间隙时多刚体动力学分析

6．3 连接装置处存在间隙时的冲击信号

6．3．1 模型3的冲击信号

6．3．2 模型6的冲击信号

6．3．3 模型10的冲击信号

6．3．4 冲击信号分析

6．4 自调螺栓和球铰支座受力曲线

6．5 转炉的刚柔耦合仿真分析

6．5．1 空炉时夹持器间隙过大对自调螺栓的强度影响

6．5．2 出钢时夹持器间隙过大对自调螺栓的强度影响

6．6 本章小结

第7章 自调螺栓式转炉的有限元分析

7．1 空炉时柔性体的有限元分析

7．1．1 模型13的柔性体分析

7．1．2 模型10的柔性体分析

7．2 考虑钢液影响的柔性体有限元分析

7．2．1 模型13的柔性体分析

7．2．2 模型10的柔性体分析

7．3 本章小结

第8章 总结与展望

8．1 总结研究工作与成果

8．2 研究不足与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表论文