第10期 左海滨等：料层减荷烧结支撑板数值模拟 .1299 知，支撑板不仅承受烧结成矿带的负荷，而且由于燃 1500~1530℃，密度为7700kgm-3,高温下的屈 烧带沿支撑板自上向下运动，支撑板内温度变化导 服极限为453~583MPa,强度极限为534~ 致板内发生热应变，从而产生热应力·因此要对支 711 MPa. 撑板温度场和应力场进行耦合分析 表1材质的物性参数及力学参数 根据能量守恒定律，支撑板传热控制微分方程 Table 1 Physical and mechanical parameters of materials 为： 弹性线膨胀 aT_k a2T 温度/ 导热系数/ 比热容/ 模量/系数/ (1) (WmK)(JkgK) GPa10-6K-1 根据热弹性力学原理，以位移分量表示的支撑板热 20 217 弹性力学平衡方程为： 50~100 473 )2e+GV2u-B2T+x-0 (λ+G)ax 100 25.1 10.5 x 100-200 507 +GV2o-82T+y-0 (+G)万y ay (2) 200 25.9 206 11.0 200-300 54 (a+G号2+G7a-+z=0 ∂x 300 26.8 198 11.5 式(1)和式(2)中，k为导热系数，Wm1K-1;P为 300-400 50 密度，kgm3;Cp为比热容，Jkg1K1；t为时 400 28.1 12.0 间，s;T为温度，℃；u、u和w为x、y和z三个方向 400-500 位移分量，m;X、Y和Z为x、y和z三个方向的体 500 28.9 70 12.0 积分力，Nm-3;λ=E/[(1十)(1一2)]，拉梅常 550 165 数：G=E/2(1+),剪切弹性模量；B=哑/(1一2)， 500-600 754 热应力系数。-++体积应变：7= 600-700 846 ax ay 700-750 904 司x3十，2十2为拉普拉斯算子：E为弹性模量， 750-800 691 515 Pa;a为线膨胀系数，K;μ为泊松比 800-850 给定温度及应力计算的边界条件，联立式(1)和 注：材质的泊松比为0.3. 式(2)可求解出支撑板温度场和应力场 1.3边界条件和初始条件 1.2支撑板结构及材质物性参数 (1)温度场分析初始条件和边界条件.烧结生 假设烧结过程沿台车宽度方向是均匀的，计算 产过程中，支撑板固定在台车上，当燃烧带未到达支 时取1/2支撑板进行分析，支撑板受力及各个面的 撑板时，支撑板温度与周围料层温度相同，为了减小 定义如图1所示.支撑板所用材质为Cr系耐热钢， 过湿层的影响，烧结混合料一般要经过预热，预热温 热物性参数和力学参数见表1.该材质熔点为 度可达60~70℃，计算时取支撑板初始温度为 料层压力P 65℃.支撑板在烧结过程中热量的传递主要以对流 支撑而 换热为主，气体与支撑板间的辐射换热以及烧结矿 侧面宽面 对称血 与支撑板之间的传热是少量的，计算过程中采用第 3类边界条件，利用强制对流换热公式计算出各个 侧由窄面 面的对流换热系数如表213]，对称面为绝热边界， 换热系数为0. 支撑力N 表2支撑板不同壁面的换热系数 Table 2 Heat transfer coefficient of different surfaces Wm-2.K-1 支撑力N 侧面宽面及侧面窄面 支撑面对称面 其他 图1支撑板受力分析及各个面的定义 成矿带燃烧带生料带 Fig.I Force analysis and definition of surfaces 249.2 388.4 103.7 249.2 0 15.47知‚支撑板不仅承受烧结成矿带的负荷‚而且由于燃 烧带沿支撑板自上向下运动‚支撑板内温度变化导 致板内发生热应变‚从而产生热应力．因此要对支 撑板温度场和应力场进行耦合分析． 根据能量守恒定律‚支撑板传热控制微分方程 为： ∂T ∂τ ＝ k ρCp ∂2T ∂x 2＋ ∂2T ∂y 2＋ ∂2T ∂z 2 （1） 根据热弹性力学原理‚以位移分量表示的支撑板热 弹性力学平衡方程为： （λ＋ G） ∂e ∂x ＋ G ∇ 2u—β ∂T ∂x ＋X＝0 （λ＋ G） ∂e ∂y ＋ G ∇ 2v—β ∂T ∂y ＋ Y ＝0 （λ＋ G） ∂e ∂z ＋ G ∇ 2 w—β ∂T ∂z ＋Z＝0 （2） 式（1）和式（2）中‚k 为导热系数‚W·m —1·K —1 ；ρ为 密度‚kg·m —3 ；Cp 为比热容‚J·kg —1·K —1 ；τ为时 间‚s；T 为温度‚℃；u、v 和 w 为 x、y 和 z 三个方向 位移分量‚m；X、Y 和 Z 为 x、y 和 z 三个方向的体 积分力‚N·m —3 ；λ＝ Eμ／［（1＋μ）（1—2μ）］‚拉梅常 数；G＝E／2（1＋μ）‚剪切弹性模量；β＝αE／（1—2μ）‚ 热应力系数；e＝ ∂u ∂x ＋ ∂v ∂y ＋ ∂w ∂z ‚体积应变；∇ 2＝ ∂2 ∂x 2＋ ∂2 ∂y 2＋ ∂2 ∂z 2为拉普拉斯算子；E 为弹性模量‚ Pa；α为线膨胀系数‚K —1 ；μ为泊松比． 给定温度及应力计算的边界条件‚联立式（1）和 式（2）可求解出支撑板温度场和应力场． 图1 支撑板受力分析及各个面的定义 Fig．1 Force analysis and definition of surfaces 1∙2 支撑板结构及材质物性参数 假设烧结过程沿台车宽度方向是均匀的‚计算 时取1／2支撑板进行分析．支撑板受力及各个面的 定义如图1所示．支撑板所用材质为 Cr 系耐热钢‚ 热物性参数和力学参数见表 1．该材质熔点为 1500～1530℃‚密度为7700kg·m —3‚高温下的屈 服 极 限 为 453～ 583MPa‚强 度 极 限 为 534～ 711MPa． 表1 材质的物性参数及力学参数 Table1 Physical and mechanical parameters of materials 温度／ ℃ 导热系数／ （W·m —1·K —1） 比热容／ （J·kg —1·K —1） 弹性 模量／ GPa 线膨胀 系数／ 10—6 K —1 20 — — 217 — 50～100 — 473 — — 100 25∙1 — — 10∙5 100～200 — 507 — — 200 25∙9 206 11∙0 200～300 — 544 — — 300 26∙8 — 198 11∙5 300～400 — 595 — — 400 28∙1 — 189 12∙0 400～500 — 666 — — 500 28∙9 — 179 12∙0 550 — — 165 — 500～600 — 754 — — 600～700 — 846 — — 700～750 — 904 — — 750～800 — 691 — — 800～850 — 515 — — 注：材质的泊松比为0∙3． 1∙3 边界条件和初始条件 （1） 温度场分析初始条件和边界条件．烧结生 产过程中‚支撑板固定在台车上‚当燃烧带未到达支 撑板时‚支撑板温度与周围料层温度相同‚为了减小 过湿层的影响‚烧结混合料一般要经过预热‚预热温 度可达60～70℃‚计算时取支撑板初始温度为 65℃．支撑板在烧结过程中热量的传递主要以对流 换热为主‚气体与支撑板间的辐射换热以及烧结矿 与支撑板之间的传热是少量的．计算过程中采用第 3类边界条件‚利用强制对流换热公式计算出各个 面的对流换热系数如表2［13］‚对称面为绝热边界‚ 换热系数为0． 表2 支撑板不同壁面的换热系数 Table2 Heat transfer coefficient of different surfaces W·m —2·K —1 侧面宽面及侧面窄面 成矿带 燃烧带 生料带 支撑面 对称面 其他 249∙2 388∙4 103∙7 249∙2 0 15∙47 第10期 左海滨等： 料层减荷烧结支撑板数值模拟 ·1299·