铸/锻氧枪喷头材料性能研究及寿命预测

发布时间：2023-08-01 18:25

　　氧枪喷头是转炉炼钢生产中的关键零部件之一,其在工作过程中受到钢液的高温热辐射,以及飞溅的钢渣、钢液的冲刷和侵蚀,内部又受到循环水流的冷却,导致喷头内部存在较大的温度差而产生较大的热应力。且在反复吹炼过程中,热应力的大幅度变化也会导致喷头反复地收缩、膨胀。这些都会造成氧枪喷头过热、烧损以及变形等破坏,直接缩短喷头的使用寿命,降低经济效益。近几年,国内炼钢厂使用的氧枪喷头主要有两种,一种是铸造氧枪喷头,另一种是锻造氧枪喷头,且这两种氧枪喷头在使用寿命上有明显的差异。本论文拟从铸/锻两种铜质氧枪喷头材料性能研究入手,通过试验研究和数值模拟的方法分析其不同加工工艺情况下相同材料、相同结构的氧枪喷头不同的温度场和应力场,探究其高温损伤的关键部位,并开展热疲劳寿命预测,研究成果将对氧枪喷头的维护以及结构优化具有重要的意义。本文首先通过室温拉伸试验获得铸/锻无氧铜材料的力学性能参数,为后续的有限元分析提供有力的数据支撑;其次通过高温热循环试验探究了热循环次数对铸/锻氧枪喷头热疲劳性能的影响。然后根据氧枪的实际工作情况,采用ANSYS Workbench软件对喷头进行一个冶炼周期的热-结构耦合模拟,分...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
    1.1 课题背景
    1.2 氧枪喷头损伤失效介绍
        1.2.1 氧枪喷头粘钢、粘渣
        1.2.2 喷头端部漏水
        1.2.3 喷头变形
    1.3 氧枪喷头材料特性与应用现状
    1.4 国内外研究现状
    1.5 本课题研究内容
2.材料室温及高温热循环后力学性能
    2.1 引言
    2.2 氧枪喷头铸/锻成形工艺
    2.3 试验仪器及方案
        2.3.1 试验仪器
        2.3.2 室温力学性能测试
        2.3.3 弹性模量和泊松比测定
        2.3.4 高温循环后力学性能测试
    2.4 试验结果
        2.4.1 室温力学性能
        2.4.2 泊松比测定结果
        2.4.3 高温循环后力学性能
    2.5 本章小结
3.氧枪喷头热-结构耦合数值模拟
    3.1 引言
    3.2 热分析基本理论
        3.2.1 有限元分析基本原理与步骤
        3.2.2 热分析的有限元控制方程
        3.2.3 瞬态问题求解
    3.3 氧枪喷头的有限元模型
        3.3.1 氧枪喷头的三维几何模型
        3.3.2 氧枪喷头的三维有限元模型
        3.3.3 氧枪喷头热物性参数
    3.4 喷头温度场及应力场仿真分析
        3.4.1 喷头数值分析的基本假设
        3.4.2 喷头初始条件和边界条件
        3.4.3 温度场求解有限元分析
        3.4.4 热应力场求解有限元分析
    3.5 本章小结
4.铸/锻氧枪喷头寿命预测
    4.1 引言
    4.2 nCode Design Life简介
    4.3 热疲劳分析理论
    4.4 热疲劳寿命仿真分析
        4.4.1 疲劳分析参数设置
        4.4.2 氧枪喷头热疲劳分析过程
        4.4.3 氧枪喷头寿命预测结果及分析
    4.5 本章小结
5.结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3838128