0:10.13374/j.issn1001-053x.1982.01.008 北京钢铁学院学报 1982年第1期 转炉托圈应力分析 北京钢铁学院 陈先霖鹿鸣秦本一邹家群吴复元 水利水电科学院自动化研究所石根华 摘 要 转炉托圈在运行中存在复杂的机械应力及热应力。本文采用三维四面体有限元 程序计算机械应力，用轴对称有限元程序计算热应力。计算结果与现场实测应力值 进行了比较。对托圈在冷态及热态情况下应力的静态及动态特性作出了定量分析， 为分析托圈在使用条件下的强度安全性提供依据。 托圈是支承并带动转炉炉体倾转的重要部件。攀钢120吨氧气頂吹转炉托圈外径8470毫 米，自重180.86吨。为对其进行强度安全性分析，进行了应力场计算及现场应变计测试。该 托圈为箱形环梁焊接结构，盖板及腹板厚度分别为100及80毫米，用凸缘联接将分开的四段 固结成整环。炉体重量约800吨通过10个托架作用在托圈上，传动边耳轴上倾动力矩额定值 为300吨米。除静负荷外，托圈还承受转炉起动、制动、及刮渣操作时所产生的动负荷。该 托圈无水冷系统。由于来自炉体及炉下钢水罐热的作用，在转炉一个炉役过程中，内外腹板 温度分别最后上升到250℃200℃左右，形成温度梯度。在运行情况下，托圈的机械应力和 热应力均属非稳态性质。 托圈的三维有限元模型与计算程序 采用三维有限元法计算托圈机械应力。在满足工恐精度要求的前提下，为使计算简捷可 靠，采用四而体单元超松弛迭代程序一KDDK程序。图1是托圈的有限元模型。考虑到 托圈几何及受载的对称性，取半圈作为研究对象（忽略了两边耳轴支座约束条件的差异，及 炉体在非直立位时倾动力矩只作用在单边耳轴上的特点)。模型在截面上按三角形划分单 元，沿圆周方向划分为逼近圆环的一系列棱柱体，程序将每个五面三棱柱体自动划分为3个 四面体单元，因而使建立空间网格的工作直观简便，不易出错。图1a所示的揽型，共有四面 体单元622？个，结点1380点，每个结点3个自由度，模型自由度总数亦即刚度矩阵阶数为 5940。 KDDK程序用DIS-11型电子计算机的符号汇俯语言写成，计第机速度100万次/秒，内 存容量130K(字长8位)，程序的基本思路是以相当于上述容量的计算机，以较高的效： 求解三维实体有限元问题。得序的主要特点如下： (1)用超松驰迭代法解平衡方程组，因而只须在计算机内存中存贮刚度矩阵上三角区的 ◆本文现场测试部分与攀枝花钢铁公司协作完成。 82北 京 钢 铁 学 院 学 报 一 年第 期 转 炉 托 圈 应 力 分 析 ’ 北京钢 铁 学院 陈先 霖 鹿 鸣 本一 邹 家祥 吴复元 水利 水 电科 学 院 自动化研 究所 石根 华 摘 要 转炉托 圈在运 行 中存在复杂的机械应 力及 热应 力 。 本文采 用 三 维 四 面 体有 限元 程 序计 算机械应 力 ， 用 轴对称有 限元 程序计 算热应 力 。 计 算结果 与现场 实测应力值 进行 了 比较 。 对 托 圈在冷态及 热态 情况 下 应 力的静态及 动 态特性作 出 了定量分 析 ， 为分 析托 圈在使 用 条件 下 的 强度 安全 性提供佼 据 。 托 圈是 支承 并带 动 转炉炉 体倾 转 的重要部件 。 攀钢 吨氧气顶 吹 转炉托 圈外径 。 毫 米 ， 自垂 吨 。 为对其进 行 强度安全性分析 ， 进 行 了应 力场计 算 及现场应 变计 测试 。 该 托 圈 为箱形环梁焊 接 结构 ， 盖板 及腹板厚 度分别 为 及 毫米 ， 用 凸缘联 接将 分开 的四 段 固结成 整环 。 炉 体垂 量 约 吨通 过 个托 架作用 在托 圈 上 ， 传 动边 耳 轴 上倾 动力矩额定值 为 吨 米 。 除 静 负荷 外 ， 托 圈还 承 受 转炉起动 、 制 动 、 及刮渣操 作 时所产 生 的动 负荷 。 该 托 圈无 水 冷系统 。 由于 来 自炉体 及炉下钢水 罐热 的作用 ， 在转炉一 个炉役过程 中 ， 内外腹板 温度分别 最后 上 升到 ℃ 和 ℃ 左右 ， 形 成温 度梯 度 。 在运 行情 况下 ， 托 圈 的机械应 力和 热应 力均属 非稳 态性质 。 托 圈 的三 维 有限元 模 型 与计算程序 采 用 三维 有 限元 法计 算托 圈机械应 力 。 在满足 工 程精度要求 的前提下 ， 为使计 算 简捷可 靠 ， 采 用 四 而 体单 元 超松弛迭 代程序 — 程 序 。 图 是托 圈 的有 限元模型 。 考虑 到 托 圈 几何 及 受 载 的对 称性 ， 取半圈 作为研 究对 象 忽 略 了两 边耳 轴 支座 约束 条件 的差 异 ， 及 炉体 在非直立 位咒 时倾 动力 矩只 作用 在单边耳 轴 上 的特 点 。 模型 在截而 上按 二 角形 划分单 元 ， 沿 圆周 方 向 划分 为逼 近 圆环 的一 系列 棱 柱体 ， 程 序将每 个五 而 三棱柱 体 自动 划分 为 个 四 而 体 单元 ， 因而 使建 立 空 间 网 格 的工 作直 观 简便 ， 仁易出错 。 图 所示 的摸 型 ， 共有四 面 体单元 个 ， 结 汽 。 ” 点 ， 每 个结点 个 自由度 ， 模型 自由度 总数亦 即 刚 度矩 阵阶数为 。 程 序用 一 型 电子 于「算机 的符 号汇 编语 言写 成 ， 计 算机速度 万 次 秒 ， 内 存容 昆 字长 位 。 程 序 的 拉 本思路 是 以 相 当于 上述 容 量 的 计算 机 ， 以 较 高 的效 率 求解 三维 实体有 限元 问题 。 程 序 勺主要特 气如 下 用 超 松弛迭 代 法解 平衡方 程 组 ， 因而 只 须 在计算机 内存 中存贮 刚度矩 阵 上砚 角 区 的 本文 现 场 测试 部分 与攀枝 花钢铁 公 司协作完成 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1982．01．008