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1绪论1

1.1数字化钢铁生产工艺流程的发展1

1.1.1钢铁生产基本工艺流程1

1.1.2钢铁生产工艺流程的演变2

1.2数字化钢铁生产的主要高温工业炉窑设备3

1.2.1长水口4

1.2.2传统钢包4

1.2.3电炉盖5

1.2.4混铁炉6

1.2.5回转窑7

1.2.6新型钢包9

1.3数字化钢铁工业炉衬设备长寿化中所采用的技术10

1.3.1建模技术10

1.3.2仿真技术13

1.3.3优化算法13

1.3.4多场耦合14

1.3.5优化设计方法15

参考文献20

2工业炉衬热机械应力分析的有限元方法21

2.1热应力问题有限单元法的基本原理21

2.1.1热传导问题的一般方程21

2.1.2稳态温度场的有限元方法23

2.1.3瞬态温度场的有限元方法25

2.1.4应力分析数学模型27

2.1.5热应力的计算28

2.2利用有限元软件进行工程分析的一般过程29

2.2.1典型的分析过程29

2.2.2炉衬系统热机械应力分析的过程30

参考文献30

3工业炉衬的长寿化技术32

3.1影响因素32

3.2长寿化方法33

3.3长寿化评价34

3.3.1微观评价技术34

3.3.2宏观测试技术34

3.3.3监测评价技术35

参考文献35

4长水口的CAE及其长寿化技术36

4.1计算模型36

4.1.1模型的选取36

4.1.2材料的物理性能37

4.1.3热边界条件37

4.1.4机械边界条件37

4.2热应力及其影响因素38

4.2.1热冲击时间对热应力的影响38

4.2.2预热温度对热应力的影响39

4.2.3材料热导率对热应力的影响39

4.3振动产生的机械应力40

4.4总应力41

4.5降低颈部应力的措施42

4.5.1对应力在空间分布上的影响42

4.5.2对应力在时间分布上的影响43

参考文献43

5传统钢包的CAE及其长寿化技术45

5.1钢包温度场和应力场随时间变化的规律45

5.1.1分析模型的选取45

5.1.2材料物性参数的选取45

5.1.3边界条件的确定46

5.1.4温度场随时间的变化规律46

5.1.5钢包温度测试实验研究48

5.1.6应力场随时间变化的规律50

5.2钢包包壁材料物性的优化选取52

5.2.1钢包热机械行为的基本规律52

5.2.2有限元分析模型53

5.2.3包壁材料物性优化选取54

5.2.4优化结果与讨论54

5.3钢包包底结构优化56

5.3.1典型包底结构56

5.3.2各种包底结构的参数化模型58

5.3.3各种包底结构的应力分布66

5.3.4包底结构优化68

5.4使用效果69

参考文献70

6电炉盖的CAE及其长寿化技术73

6.1电炉盖CAD/CAE模型的建立74

6.1.1电炉盖热分析74

6.1.2电炉盖的CAD模型74

6.1.3电炉盖的CAE模型75

6.2电炉盖温度场分析78

6.2.1材料物性参数的确定78

6.2.2载荷及边界条件的确定79

6.2.3电炉盖的温度场82

6.2.4温度场分析84

6.3电炉盖应力场分析85

6.3.1载荷及边界条件的确定85

6.3.2电炉盖应力场85

6.3.3应力场分析91

6.4炉盖温度场和应力场的影响因素94

6.4.1炉盖温度场和应力场影响因素分析94

6.4.2浇铸料物性参数对温度场和应力场的影响95

6.5浇铸料物性参数的优化99

6.5.1优化模型的建立99

6.5.2优化分析100

参考文献104

7混铁炉的CAE及其长寿化技术106

7.1混铁炉CAD/CAE模型的建立106

7.2混铁炉温度场和应力场分析107

7.2.1热分析的数学模型107

7.2.2热与结构耦合应力场分析的理论基础107

7.2.3热与结构耦合应力分析有限元模型的建立108

7.2.4材料物性参数109

7.2.5边界条件的确定110

7.2.6混铁炉温度场分析结果111

7.2.7混铁炉热与结构耦合应力场的计算结果112

7.3混铁炉温度场和应力场的影响因素113

7.4混铁炉长寿技术的应用114

7.4.1混铁炉内衬受损机理114

7.4.2提高混铁炉寿命的手段和方法114

7.4.3兑铁工艺的选择与设计115

7.4.4整体浇铸工艺技术研究115

参考文献116

8回转窑的CAE及其长寿化技术117

8.1回转窑的模型118

8.2回转窑温度场和应力场的数值模拟118

8.2.1回转窑火焰温度场的模拟118

8.2.2回转窑风机速度场模拟126

8.2.3回转窑内部气流温度场分析128

8.2.4回转窑窑体温度场的计算134

8.2.5回转窑窑体热应力场的计算137

8.3回转窑温度场和应力场的影响因素及其优化139

8.3.1回转窑窑皮厚度对温度场和应力场的影响139

8.3.2回转窑内、外通风条件对回转窑温度场和应力场的影响141

8.3.3回转窑优化结果分析149

参考文献151

9新型钢包的CAE及其长寿化技术153

9.1具有保温绝热内衬的新型钢包154

9.1.1钢包保温性能及其影响因素154

9.1.2具有保温绝热内衬的新型钢包的保温性能分析165

9.1.3具有保温绝热内衬的新型钢包应力分析172

9.2钢包热机械损毁分析及模拟176

9.2.1钢包内衬热机械应力176

9.2.2钢包内衬砖膨胀缝及其损毁186

9.2.3考虑整体砖缝的钢包内衬寿命193

9.3具有纳米保温内衬的新型钢包结构的CAE196

9.3.1具有纳米保温内衬的新型钢包有限元模型196

9.3.2典型工况下具有纳米保温内衬的新型钢包的温度场和应力场的数值模拟197

9.3.3具有纳米保温内衬的新型钢包的温度场和应力场的影响因素208

参考文献214