第２期
２０１０年２月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ３７
文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０２—００３７一０２
ＡＯＤ转炉托圈结构强度的数值仿真分析
米红林瞿志豪
（上海应用技术学院机械与自动化工程学院，上海２００２３３）
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｆｏｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｌｏｏｐｏｆＡＯＤ
ＭＩＨｏｎｇ－ｌｉｎ，ＱＵＺｈｉ－ｈａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）中图分类号：ＴＨｌ２３．４文献标识码：Ａ
１引言
ＡＯＤ全称Ａｒｇｏｎ２０ｘｙｇｅｎＤｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎＣｏｎｖｅｒｔｅｒ，通称为氩氧炉旧，是生产不锈钢最常用的精炼炉（不锈钢精炼炉中约有
７０％为ＡＯＤ），与其它精炼过程相比，氩氧脱碳（ＡＯＤ）精炼过程具有一系列显著优点。因此，自第一台ＡＯＤ炉于１９６８年建成并投产以来，该工艺在世界范围内得到ｒ广泛应用和迅速发展，产生了巨大的经济效益。其中转炉托圈在转炉支承系统中，是基本的承载构件和传动构件，它在工作中承受复杂的机械应力和热应
力。但是，针对不同吨位的转炉托圈强度评估以及应力分布研究还不多。其中文献嚏立含多个复杂接触面的托圈二三维热弹性有限元模型，对７０ｔ托圈进行了温度场、应力场和位移场的计算；文献叼｝究了８０ｔ转炉托圈水冷、托圈与炉体之间间隙等因素对托圈温度场及应力分布的影响；文献呶寸受损托圈修复后承载应力进行了数值计算；文献呶寸７０ｔ转炉托圈在炉体倾斜不同角度时，进行了机械应力计算。因此，在借鉴上述文献的研究基础上，对某厂３６ｔ转炉托圈强度进行了数值仿真分析。由于目前对托圈内部通水冷却、加大托圈与炉体之间的间隙等可以降低托圈热载荷的并取得了较好效果闱。在未考虑热载荷的条件下，研究ＡＯＤ炉在倾动过程中，钢水量不断改变的情况下，不断变化的托圈强度，通过对转炉托圈运用有限元方法计算了转炉在不同倾角下的Ｖｏｎ—ｒａｉｓｅｓ应力及其应力集中的云纹图，给出来计算方法和过程，为转炉托圈的结构优化设计提供重要数据。２算法及过程
由于炉体在转动过程中，随转动角度不同，会有钢水倾倒出
去，所以作用在炉圈上的外载荷也在不断的变化，这就要计算出不问角度时作用在托圈七的载荷，为有限元计算提供可靠数据。水平位置时，托圈上表面受力简图，如图ｌ（ａ），（ｂ）所示。此时有尸：Ｆ尸：Ｆ了１只，尸扫尸：产彳１几，其中ｉ为角度，范围为（ｏ－ｍｓ）。。图（ｂ）中倾动力矩Ｍ已知。由图ｌ（ｂ）可得方程
Ｒ＋Ｐｕ＝Ｇ总（１）
其中Ｇ总＝ｃ炉体＋Ｇ铜水，Ｇ炉体为６８．８Ｔ为定值，Ｇｔｓ，随炉体倾角不同的是个变量，如表１所示。对耳轴取矩有（以＋％）Ｒ＝ＭＩ。尬电动机输出扭矩，随角度变化值，如表ｌ所示。更一般地，当托圈转过０角时，受力如图ｌ（ｃ），（ｄ）所示。此时对耳轴取矩得—匕ｃｏｓＯＲ＋ＰｕｃｏｓＯ＝舰（２）由（１）和（２）解得
兄＝争（Ｇ总＋志）（３）
ｊ‰＝Ｇ盛一ｊ‰（４）由（３）式可以看出，只要知道不同角度倾覆力矩尬和不同角度时炉体和内留钢水的重量ｃ总，就可以计算出不同角度时作用在托圈上的竖直载荷，匕和气。最后再将圪和凡分解成平行于托圈平面的分力尸２、尸如和垂直与托圈平面的分力％、％。按照依次推导的计算过程，计算结果，如表２所示。
★来稿Ｆｊ期：２００９－４）４—１３★基金项目：上海市教委基金资助项目（０６０２０２８，０６０２０３１）万方数据