导语

  

内容提要

  

    高温工业炉衬及其设备寿命的延长和提高保温性能是钢铁企业提升产品质量、降低成本和提升效益的重要途径。随着钢铁行业的快速发展，钢包、水口、电炉盖、混铁炉、回转窑等高温工业炉衬及其设备的设计制造、使用维护等不断优化，但仍存在高温设备生产效率较低，炉衬使用寿命较短，保温效果不够理想，设备服役时间不够长等问题。如何解决这些问题成为钢铁企业的重要研究课题。
    孔建益、蒋国璋、王志刚、李公法、王兴东著的《高温工业炉衬CAE及其长寿化技术》以工业炉衬及其高温设备为研究对象，运用各种数值模拟与仿真技术、建模技术、优化设计分析技术，基于有限单元法，建立了各种炉衬设备的CAD模型、三维模型和有限元模型，并对高温条件下温度场与应力场进行仿真以及热机械应力分析，对结构、材料、工艺进行优化，对寿命进行预测、分析及评价。在此基础上，建立工业炉衬寿命评价方法，提出长寿化解决方案。
    本书对高温工业炉衬设计制造、使用维护以及炉衬设备温度场与应力场和长寿化机理研究等方面具有一定的理论和应用价值。
    本书可供冶金工业及相关领域的科研人员、技术人员以及高等院校的师生参考。

1 绪论
  1.1 数字化钢铁生产工艺流程的发展
    1.1.1 钢铁生产基本工艺流程
    1.1.2 钢铁生产工艺流程的演变
  1.2 数字化钢铁生产的主要高温工业炉窑设备
    1.2.1 长水口
    1.2.2 传统钢包
    1.2.3 电炉盖
    1.2.4 混铁炉
    1.2.5 回转窑
    1.2.6 新型钢包
  1.3 数字化钢铁工业炉衬设备长寿化中所采用的技术
    1.3.1 建模技术
    1.3.2 仿真技术
    1.3.3 优化算法
    1.3.4 多场耦合
    1.3.5 优化设计方法
  参考文献
2 工业炉衬热机械应力分析的有限元方法
  2.1 热应力问题有限单元法的基本原理
    2.1.1 热传导问题的一般方程
    2.1.2 稳态温度场的有限元方法
    2.1.3 瞬态温度场的有限元方法
    2.1.4 应力分析数学模型
    2.1.5 热应力的计算
  2.2 利用有限元软件进行工程分析的一般过程
    2.2.1 典型的分析过程
    2.2.2 炉衬系统热机械应力分析的过程
  参考文献
3 工业炉衬的长寿化技术
  3.1 影响因素
  3.2 长寿化方法
  3.3 长寿化评价
    3.3.1 微观评价技术
    3.3.2 宏观测试技术
    3.3.3 监测评价技术
  参考文献
4 长水口的CAE及其长寿化技术
  4.1 计算模型
    4.1.1 模型的选取
    4.1.2 材料的物理性能
    4.1.3 热边界条件
    4.1.4 机械边界条件
  4.2 热应力及其影响因素
    4.2.1 热冲击时间对热应力的影响
    4.2.2 预热温度对热应力的影响
    4.2.3 材料热导率对热应力的影响
  4.3 振动产生的机械应力
  4.4 总应力
  4.5 降低颈部应力的措施
    4.5.1 对应力在空间分布上的影响
    4.5.2 对应力在时间分布上的影响
  参考文献
5 传统钢包的CAE及其长寿化技术
  5.1 钢包温度场和应力场随时间变化的规律
    5.1.1 分析模型的选取
    5.1.2 材料物性参数的选取
    5.1.3 边界条件的确定
    5.1.4 温度场随时间的变化规律
    5.1.5 钢包温度测试实验研究
    5.1.6 应力场随时间变化的规律
  5.2 钢包包壁材料物性的优化选取
    5.2.1 钢包热机械行为的基本规律
    5.2.2 有限元分析模型
    5.2.3 包壁材料物性优化选取
    5.2.4 优化结果与讨论
  5.3 钢包包底结构优化
    5.3.1 典型包底结构
    5.3.2 各种包底结构的参数化模型
    5.3.3 各种包底结构的应力分布
    5.3.4 包底结构优化
  5.4 使用效果
  参考文献
6 电炉盖的CAE及其长寿化技术
  6.1 电炉盖CAD／CAE模型的建立
    6.1.1 电炉盖热分析
    6.1.2 电炉盖的CAD模型
    6.1.3 电炉盖的CAE模型
  6.2 电炉盖温度场分析
    6.2.1 材料物性参数的确定
    6.2.2 载荷及边界条件的确定
    6.2.3 电炉盖的温度场
    6.2.4 温度场分析
  6.3 电炉盖应力场分析
    6.3.1 载荷及边界条件的确定
    6.3.2 电炉盖应力场
    6.3.3 应力场分析
  6.4 炉盖温度场和应力场的影响因素
    6.4.1 炉盖温度场和应力场影响因素分析
    6.4.2 浇铸料物性参数对温度场和应力场的影响
  6.5 浇铸料物性参数的优化
    6.5.1 优化模型的建立
    6.5.2 优化分析
  参考文献
7 混铁炉的CAE及其长寿化技术
  7.1 混铁炉CAD／CAE模型的建立
  7.2 混铁炉温度场和应力场分析
    7.2.1 热分析的数学模型
    7.2.2 热与结构耦合应力场分析的理论基础
    7.2.3 热与结构耦合应力分析有限元模型的建立
    7.2.4 材料物性参数
    7.2.5 边界条件的确定
    7.2.6 混铁炉温度场分析结果
    7.2.7 混铁炉热与结构耦合应力场的计算结果
  7.3 混铁炉温度场和应力场的影响因素
  7.4 混铁炉长寿技术的应用
    7.4.1 混铁炉内衬受损机理
    7.4.2 提高混铁炉寿命的手段和方法
    7.4.3 兑铁工艺的选择与设计
    7.4.4 整体浇铸工艺技术研究
  参考文献
8 回转窑的CAE及其长寿化技术
  8.1 回转窑的模型
  8.2 回转窑温度场和应力场的数值模拟
    8.2.1 回转窑火焰温度场的模拟
    8.2.2 回转窑风机速度场模拟
    8.2.3 回转窑内部气流温度场分析
    8.2.4 回转窑窑体温度场的计算
    8.2.5 回转窑窑体热应力场的计算
  8.3 回转窑温度场和应力场的影响因素及其优化
    8.3.1 回转窑窑皮厚度对温度场和应力场的影响
    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
    8.3.3 回转窑优化结果分析
  参考文献
9 新型钢包的CAE及其长寿化技术
  9.1 具有保温绝热内衬的新型钢包
    9.1.1 钢包保温性能及其影响因素
    9.1.2 具有保温绝热内衬的新型钢包的保温性能分析
    9.1.3 具有保温绝热内衬的新型钢包应力分析
  9.2 钢包热机械损毁分析及模拟
    9.2.1 钢包内衬热机械应力
    9.2.2 钢包内衬砖膨胀缝及其损毁
    9.2.3 考虑整体砖缝的钢包内衬寿命
  9.3 具有纳米保温内衬的新型钢包结构的CAE
    9.3.1 具有纳米保温内衬的新型钢包有限元模型
    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
    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
  参考文献