第10期 左海滨等：料层减荷烧结支撑板数值模拟 .1301. 迅速上升，随着燃烧带下移，升温速率逐渐减小，之 2.2支撑板应力分析 后随着该位置烧结矿在抽风作用下逐渐冷却，支撑 不同烧结阶段支撑板应力分布如图5所示.从 板温度在达到最高后开始下降，但温度下降速率明 图中看出，支撑板表面应力大于内部应力，在开始 显小于升温速率；这种快速升温、缓慢降温的温度循 阶段，支撑板内最大应力位于支撑面中心部位，达到 环方式对材料的热疲劳强度非常不利，同时在快速 724MPa;随着燃烧带下移，最大应力位置逐渐转移 升温阶段，支撑板边缘受到的热冲击严重，产生很大 到支撑板窄面边缘上，当燃烧带到达支撑板高度 的热应力，此外，从支撑面向下，随着高度的降低， 1/2左右时，支撑板内最大等效应力达到862MPa 最高温度逐渐下降，而且高温持续时间逐渐缩短，支 对于支撑板内部，在整个烧结过程中，除了很小区域 撑板上部更容易损坏 应力较大外，绝大部分区域应力小于300MPa, N W N AN 510.189 510.189 5463 5463 0.830x10 0.830x10 0.988x10 0.9xx10 0,166x10m 0.166x10m 0.198×10 0.9x10 0.24%x10 0249x10 0.2%×10 0.296x10 0332x10 033210 0395x10 0.395x10P 0.415×10 0.415×100 0,494x10 0.494×10 0498×10 0.498×10 0.593x10 0.59x10 0.581×10 0.581×10 0.692x10 0.692x10 0.664x10 0.664x10 0.790x10° 0.790x10° 0.724x10 0.724×10 0.862x10 0.862x10 支撑板表面 支撑板内部 支撑板表面 支撑板内部 (a) (b) 图5不同烧结阶段支撑板应力分布，()燃绕带经过支撑面时刻；(b)最大应力时刻 Fig.5 Stress distribution of the stand in different sintering stages:(a)time when the combustion zone passes though the supporting area:(b)time of the maximum stress 支撑面上应力随时间变化如图6所示，由图6 影响，支撑面应力较大时，温度与应力的分布如图7 可以看出，在整个烧结过程中，支撑面中心区域较大 所示 范围内应力始终大于两边的应力，随着烧结进行， 800 --90s -*-1805-4-270s--3605 850 燃烧带逐渐远离支撑面，在630s左右时，支撑面周 600 750 围温度分布逐渐均匀，支撑面上的应力减小，平均小 于10MPa,随后在抽风作用下，支撑板表面温度开 400 650 始下降，支撑板内温度梯度发生变化，应力逐渐增 大，烧结结束时的应力水平与450s时相当，最大应 550 力在200MPa左右·由于温度对材料的力学性能影 450 响较大，因此在分析热应力的同时还要考虑温度的 0.15-0.10-0.0500.050.100.15 距中心距离m 1000 -m-90s-*-180s-4-270s-,-360s -◆-4505-4-540s--630s-◆-720s 图7支撑板支撑面应力与温度分布 800 -*-810--9005--990s Fig.7 Stress and temperature distribution on the supporting surface of the stand 由图7可以看出，在燃烧带到达支撑面时，支撑 400 板应力最大，而且温度较高，达到500℃以上，非常 200 容易产生龟裂纹，随着烧结进行，应力逐渐下降，但 温度迅速升高，当应力下降到350MPa左右时，温度 0.150.10-0.0500.050.10 0.15 升高到750℃以上·可见，在燃烧带经过支撑面以 距中心距离m 后一段时间内，支撑面中心部位始终处于高温下应 图6支撑面应力变化 力较大的状态，因此支撑面中心部位是最容易损坏 Fig.6 Change in stress on the supporting surface of the stand 的，同时，由于最大应力位置始终位于中心部位，所迅速上升‚随着燃烧带下移‚升温速率逐渐减小‚之 后随着该位置烧结矿在抽风作用下逐渐冷却‚支撑 板温度在达到最高后开始下降‚但温度下降速率明 显小于升温速率；这种快速升温、缓慢降温的温度循 环方式对材料的热疲劳强度非常不利．同时在快速 升温阶段‚支撑板边缘受到的热冲击严重‚产生很大 的热应力．此外‚从支撑面向下‚随着高度的降低‚ 最高温度逐渐下降‚而且高温持续时间逐渐缩短‚支 撑板上部更容易损坏． 2∙2 支撑板应力分析 不同烧结阶段支撑板应力分布如图5所示．从 图中看出‚支撑板表面应力大于内部应力．在开始 阶段‚支撑板内最大应力位于支撑面中心部位‚达到 724MPa；随着燃烧带下移‚最大应力位置逐渐转移 到支撑板窄面边缘上‚当燃烧带到达支撑板高度 1／2左右时‚支撑板内最大等效应力达到862MPa． 对于支撑板内部‚在整个烧结过程中‚除了很小区域 应力较大外‚绝大部分区域应力小于300MPa． 图5 不同烧结阶段支撑板应力分布．（a） 燃烧带经过支撑面时刻；（b） 最大应力时刻 Fig．5 Stress distribution of the stand in different sintering stages：（a） time when the combustion zone passes though the supporting area；（b） time of the maximum stress 图6 支撑面应力变化 Fig．6 Change in stress on the supporting surface of the stand 支撑面上应力随时间变化如图6所示．由图6 可以看出‚在整个烧结过程中‚支撑面中心区域较大 范围内应力始终大于两边的应力．随着烧结进行‚ 燃烧带逐渐远离支撑面‚在630s 左右时‚支撑面周 围温度分布逐渐均匀‚支撑面上的应力减小‚平均小 于10MPa．随后在抽风作用下‚支撑板表面温度开 始下降‚支撑板内温度梯度发生变化‚应力逐渐增 大．烧结结束时的应力水平与450s 时相当‚最大应 力在200MPa 左右．由于温度对材料的力学性能影 响较大‚因此在分析热应力的同时还要考虑温度的 影响．支撑面应力较大时‚温度与应力的分布如图7 所示． 图7 支撑板支撑面应力与温度分布 Fig．7 Stress and temperature distribution on the supporting surface of the stand 由图7可以看出‚在燃烧带到达支撑面时‚支撑 板应力最大‚而且温度较高‚达到500℃以上‚非常 容易产生龟裂纹．随着烧结进行‚应力逐渐下降‚但 温度迅速升高‚当应力下降到350MPa 左右时‚温度 升高到750℃以上．可见‚在燃烧带经过支撑面以 后一段时间内‚支撑面中心部位始终处于高温下应 力较大的状态‚因此支撑面中心部位是最容易损坏 的．同时‚由于最大应力位置始终位于中心部位‚所 第10期 左海滨等： 料层减荷烧结支撑板数值模拟 ·1301·