钢包炉衬温度场数值模拟.docx

钢包炉衬温度场数值模拟1、实际物理过程钢包的简单示意图如图，钢包是冶金工业中重要的高温容器件，其使用寿命 与钢包内衬耐火材料息息相关，材料温度的急剧变化使得材料产生热应力，从而 导致材料本身出现裂纹、剥落和断裂等现象，严重影响钢包内衬耐火材料寿命钢包注满钢水后，其温度场有何分布规律，对钢包应力的分析和 优化钢包结构设计有一定的参 考意义2、模型简化如图，钢包由耐火材料和钢包外壳组成，其中，耐火材料又分为工作层、第 一永久层和第二永久层钢包包壁的倾斜度很小，可以近似为圆柱体包底的透气砖I钢包轴对称姑构示-意图I工作层；2永久层I：3永久层3 4钢包外壳；5钢包壁：6钢包底和水口砖尺寸相对于钢包底的总体尺寸而言较小，可以忽 略透气砖和水口砖的影响，近似为与包底各层材料一致 这样钢包为轴对称结构，可以取钢包的回转截面作 为分析对象，忽略各种缝隙，进行2D模拟钢包 在注入钢水条件下，工作层内壁与钢水直接接触， 可以取工作层内壁温度为一恒定值即钢水温度；钢 包外壳处在空气中，外壳与空气存在自然对流换 热，外壳与周围环境的辐射换热可以折算成等价 对流换热形式Q =-逐#ax.di di 01、折/ e% 次+ 甘互~)= +ut ox dy dx3、物理方程傅里叶定律：对流传热方程:4、确定单值性条件1）钢包材料的物性参数钢包壳的材质为SM41CN （日本钢号），密度为7860kg/m3。

内衬材料中， 工作层内衬为含80%氧化铝的高铝砖、永久层内衬为含60%氧化铝的高铝砖， 密度取为2840kg/m3三种材料分别设为材料1、材料2、和材料3,其物性参数 随温度的变化见表1和表2工作层厚度为50mm，永久层均为20mm，包壳为30mm表1不同温度下材料的比热容 J * kg 1 * K 1 温度兀Y料30200400 600SOO 1000 1 200 1 5001 422466510 550616616 616 6162 65077RS82 1 0001 134 12S3 1 356 1 5S93 8449121 OS31 112 1166 1 212 1 321表2材料的导热系数W ~ m , 1 ■ K' 1… 温度 30200400600 SOO150 0S39 034 5 3022 022 02 0 2 032 0_.2 02 02. U 2.02）边界条件内壁和内底部的温度设为恒定温度1580度，对称性边界设为绝热，空气与包壳的自然换热系数为5--10W/ （皿・K ），取7.5W/ （皿・K ），包壳与环境的 辐射对流换热转为等价对流换热系数，计算 h=0.8B （t 2+t 2） （t +t ）其中h为等价的对流换热系数；20.8为辐射系数；B为玻尔兹曼常数；t1为包壳温度，取200°C； t2为环境温度，取30°C。

5、 几何模型的建立如右图为钢包对称面的平面图以及边界条件说明：钢包内壁与内底面视为同一条件，外壁和上下面均为同一条件6、 结果分析钢包的炉衬材料工作条件苛刻，受钢水 的高温氧化与侵蚀实际温度场分布并没有这么简单，其与钢包工作层的厚度、 炉衬材料的比热容和导热系数均有密切关系，同时与材料各层的厚度也有密切关 系，只要其中的条件改变，则温度场的分布将受到很大的影响同时其应力场也 随之改变本次数值模拟的条件简化比较多，与温度场的实际分布情况大致吻合。