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CAE 196
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