焊接渣盘的设计及其热应力分析

作     者：王永强 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关丽坤

授予年度：2014年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：渣盘 热应力 焊接 疲劳寿命 

摘      要：渣盘是转炉炼钢后用来盛放钢渣的设备，渣盘在使用过程中，存在侧壁裂纹、侧壁内凹上拱、底部凹陷及耳轴裂纹等损坏形式，并且修复困难，据统计，某企业年使用报废达19个，寿命较短。由于渣盘是铸造结构，铸造时一次成品率较低，且异地铸造存在运输成本和存储成本。因此，生产中需要一种制造方便、成本较低、寿命较高、修复方便的新渣盘。 为了设计新渣盘，本文主要做了以下三个方面工作：铸造渣盘损坏形式与其热应力的关系研究、焊接渣盘设计及焊接应力分析、焊接渣盘热应力及其热疲劳分析。 铸造渣盘损坏形式与其热应力关系研究部分，从渣盘工作流程分析确定渣盘工况，使用ANSYS Workbench软件模拟计算了铸造渣盘在平置工况与起吊工况在重力作用下的结构应力，结合渣盘实际工作条件模拟了渣盘在工作中的温度场，并且采用间接法，在温度场基础上求解了热应力，确定了铸造渣盘损坏形式主要是热应力作用形成。 设计了两种焊接渣盘：普通焊接渣盘与框架式焊接渣盘。从焊接工艺及材料参数确定了模拟焊接应力的载荷，对普通焊接渣盘的三种不同焊接工艺方案进行了焊接应力分析，对比分析后，确定普通焊接渣盘在先焊接筋板及耳轴，最后再组合焊接，这种方案应力最小。框架式焊接渣盘焊接应力分析后，确定了渣盘焊接后变形位移趋势。这部分的分析对焊接实践具有一定的指导意义。 对焊接渣盘进行温度场及热应力模拟分析，将模拟结果与铸造渣盘对比，得出框架式焊接渣盘在形热应力作用下变形量最小。分别对不同板厚的焊接渣盘进行应力及热疲劳分析，得出热应力与温度场及板厚没有关系，但随着板厚减少，变形量及热疲劳寿命都降低。框架式焊接渣盘的热疲劳寿命比铸造渣盘提高24%。 本文总体研究成果，可以对铸造渣盘的使用修复提供一定的理论参考。可以对焊接渣盘的结构设计及理论分析提供一定的思路及参考价值。