新型环冷机热应力分析文献综述
关键词：环冷机，仿真研究，ANSYS建模，HyperMesh，PROE构图
国内外环境；
钢铁在众多行业中都占据着极其重要的地位，在其长期的发展中在国民经济中占取了极为重要的位置，尤其是随着改革开放的不断加深，中国的钢铁业发展势态迅猛朝前，在国际上占据了钢铁产量的巨大份额[1-2]。在钢铁行业生产的各个流程中，钢铁的烧结工艺是炼钢过程中必不可少的一环。烧结矿刚落入台车上时温度可达700度左右，主要依靠辐射传热，对高温烧结矿的加工和运输都十分困难，必须经过冷却后才能送入高炉进入下一步工艺流程。随着烧结矿冷却工艺的迅速发展,烧结矿的冷却设备也日趋完善。环形冷却机在钢铁企业中广泛应用,这样环冷机冷却成为重要的一环[1-7]。
。对环冷机系统进行优化研究是烧结生产发展的必然趋势。国内环冷机漏风率一直居高不下,造成风机电耗的巨大浪费。结合环式冷却机结构的特点,建立了简化的三维实体模型,利用有限元软件对环式冷却机密封部分进行数值分析,得到密封间隙内磁场的强度分布;通过对磁流体密封结构分析,得出矩形磁极密封结构参数的取值范围,并设计一套简易的磁流体密封实验装置进行实验研究。理论分析和实验结果表明:磁流体密封是实现环冷机密封一种有效可行的方法;磁流体密封结构的设计对密封耐压能力的影响较大,合理设计密封结构,可以有效地提高密封耐压能力。这些结果为今后联系现场实际采取相应的工艺措施,在烧结矿环冷机的冷却过程中找到合理的改善烧结矿质量的方法和途径提供了依据。
对于模型的介绍，文献中以某钢铁企业环冷机为研究对象[8-9],以多孔介质模型为基础,对动量方程源项加以修正,对环冷机台车内气、固态采用局部非热力学平衡的双能量方程模型分别建立能量方程,基于计算流体力学软件并结合其二次开发平台,建立了适用于烧结矿冷却过程的数学模型。利用该模型对影响冷却过程的5个主要参数进行了模拟计算,并通过正交实验的方法对各参数进行了优化,得到了以提高环冷机的余热利用量为目标的最优运行参数的组合,通过与测试数据的对比验证了该模型的可靠性[10-12]。
还有对鼓风环式冷却机的介绍[13-15]，其环冷机主要用于烧结矿料的冷却,因其具有冷却效率高、结构紧凑等特点而在钢铁制造行业中被广泛采用,但其设计开发是一项非常巨大的工程。环式冷却机的传统设计方法是设计人员凭经验进行设计和计算,不仅其工程计算量大,而且结构复杂,在采用简化模型计算时其准确度不高,从而使得在制造过程中需反复修改图纸参数,影响产品的开发进程[16-17]。
对于环冷机的热应力分析，环冷机密封环摩擦生热导致动环端面温度呈梯度分布, 随着半径的增大温度从高到低, 最大值为47.635℃, 最小值为40℃.热变形使端面产生拉伸位移, 随着半径的增大变形量减小, 呈线性分布.力变形时, 在动环端面内径处产生最大压缩位移;在动环端面外径处产生最大拉伸位移, 且呈线性分布.热力耦合变形时, 在动环端面内径处产生最小拉伸位移;在动环端面外径处产生最大拉伸位移, 且近似呈非线性线性分布.单独考虑热变形和力变形对密封环影响较大, 但是综合考虑热力耦合变形对补偿环影响相对较小.总的来说其产生热应力的根本原因是温度变化、外力加载以及约束作用.在台车运行过程中, 台车有温度的变化, 同时也受外力加载与约束作用, 如果台车所受应力过大, 台车就有可能不稳定运行甚至发生台车体断裂的情况.等效应力遵循材料力学第四强度理论, 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素.在文献中等效应力表示为机械应力和热应力之和.根据文献分析得到以下结论:(1) 环冷机台车从开始运行到15 h后台车体进入稳定工作状态, 在稳定运行过程中台车体的最高温度和最高等效应力都是随时间先增加后减小, 最高温度在15.4 h达到最大值151.1℃出现在短截面梁大端面上.最高等效应力在15.5 h达到最大值188 MPa出现在台车体结构内侧梁端面轴端位置.(2) 环冷机台车体每个梁端面的温度均呈凹抛物线型分布, 并且台车体内侧梁端面的温度最低, 台车体外侧梁端面的温度最高.(3) 台车体在稳定运行过程中, 台车体内外侧梁端面的位移量分布与温度分布是一致的, 并且台车体内侧梁端面的位移量均大于台车体外侧梁端面的位移量, 台车体内侧梁端面最大位移量约为2.7 mm, 台车体外侧梁端面的最大位移量约为2 mm[18].
环冷机是球团链窑生产线的三大主机之一，担负着球团矿的进一步焙烧、冷却的功能。因此如何保证环冷机运行平稳、内部气流、温度等合理分配，确保球团矿的有效氧化，是搞好环冷机维护的关键。
参考文献
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