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高溫工業爐襯CAE及其長壽化技術(簡體書)
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高溫工業爐襯CAE及其長壽化技術(簡體書)

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商品簡介
目次

商品簡介

高溫工業爐襯及其設備壽命的延長和提高保溫性能是鋼鐵企業提升產質量量、降低成本和提升效益的重要途徑。隨著鋼鐵行業的快速發展,鋼包、水口、電爐蓋、混鐵爐、回轉窯等高溫工業爐襯及其設備的設計制造、使用維護等不斷優化,但仍存在高溫設備生產效率較低,爐襯使用壽命較短,保溫效果不夠理想,設備服役時間不夠長等問題。如何解決這些問題成為鋼鐵企業的重要研究課題。
《高溫工業爐襯CAE及其長壽化技術/數字制造科學與技術前沿研究叢書》以工業爐襯及其高溫設備為研究物件,運用各種數值模擬與仿真技術、建模技術、優化設計分析技術,基於有限單元法,建立了各種爐襯設備的CAD模型、三維模型和有限元模型,並對高溫條件下溫度場與應力場進行仿真以及熱機械應力分析,對結構、材料、工藝進行優化,對壽命進行預測、分析及評價。在此基礎上,建立工業爐襯壽命評價方法,提出長壽化解決方案。
《高溫工業爐襯CAE及其長壽化技術/數字制造科學與技術前沿研究叢書》對高溫工業爐襯設計制造、使用維護以及爐襯設備溫度場與應力場和長壽化機理研究等方面具有一定的理論和應用價值。
《高溫工業爐襯CAE及其長壽化技術/數字制造科學與技術前沿研究叢書》可供冶金工業及相關領域的科研人員、技術人員以及高等院校的師生參考。

高溫工業爐襯及設備是冶金、電力、建材、石化等高溫過程工業的核心裝備,其能耗約占我國工業總能耗的60%,熱效率平均低於30%(國際≥50%),且爐襯耐火材料單耗大,年耗近3000萬噸。同時,現代工業爐的大型化和高效化,以及新工藝的發展對爐襯材料的功能和壽命提出了更高要求。高溫工業爐襯CAE及其長壽技術研究是本書作者十餘年來在對鋼鐵生產工藝流程、高溫設備建模、溫度場和應力場分析、高溫工業設備長壽化研究的基礎上,總結提煉而成。
高溫條件下工業爐襯及設備由於結構形狀、材料和工藝以及變溫條件的復雜性,僅依靠傳統的解析方法精確地確定溫度場和應力場往往是不可能的,有限單元法則是解決這些問題的方便而有效的工具。
本書采用有限元方法建立了常見的幾種高溫設備(長水口、鋼包、電爐蓋、混鐵爐、回轉窯)的CAD模型、三維模型和有限元模型,並對高溫條件下溫度場與應力場進行仿真及熱機械應力分析,得到各種不同條件和狀態下的溫度云圖和應力云圖。
本書將高溫工業爐襯的壽命作為研究重點,同時結合保溫性能的研究,提出一種適用於耐火材料壽命預測的數學模型,對鋼廠精準更換工作層耐火材料具有重要的指導意義;運用熱震損傷公式計算分析了鋼包內襯熱機械應力壽命,實際計算分析結果和實測數據對比證明了預測結果的正確性,在此基礎上,提出了延長其使用壽命的方法。高溫工業爐襯CAE及其長壽化技術研究成果在鋼鐵企業的運用實踐證明,高溫工業爐襯壽命提升的效果是明顯的。
參加本書撰寫工作的有孑L建益、蔣國璋、王志剛、李公法、王興東,書中還吸取了課題組其他研究人員研究工作中所取得的一些成果,他們是李楠、祝洪喜、鄧承繼、張美杰、白晨、韓兵強、陳榮、陳世杰、何濤、郭志清、陳義峰、高真、劉佳、程福維、常文俊等,同時,武漢科技大學機械自動化學院、材料與冶金學院等單位都給予了支持和幫助,在此一並致謝。
由於作者水平有限,書中難免會有不足之處,懇請讀者批評指正。

目次

1 緒論
1.1 數字化鋼鐵生產工藝流程的發展
1.1.1 鋼鐵生產基本工藝流程
1.1.2 鋼鐵生產工藝流程的演變
1.2 數字化鋼鐵生產的主要高溫工業爐窯設備
1.2.1 長水口
1.2.2 傳統鋼包
1.2.3 電爐蓋
1.2.4 混鐵爐
1.2.5 回轉窯
1.2.6 新型鋼包
1.3 數字化鋼鐵工業爐襯設備長壽化中所采用的技術
1.3.1 建模技術
1.3.2 仿真技術
1.3.3 優化算法
1.3.4 多場耦合
1.3.5 優化設計方法
參考文獻

2 工業爐襯熱機械應力分析的有限元方法
2.1 熱應力問題有限單元法的基本原理
2.1.1 熱傳導問題的一般方程
2.1.2 穩態溫度場的有限元方法
2.1.3 瞬態溫度場的有限元方法
2.1.4 應力分析數學模型
2.1.5 熱應力的計算
2.2 利用有限元軟件進行工程分析的一般過程
2.2.1 典型的分析過程
2.2.2 爐襯系統熱機械應力分析的過程
參考文獻

3 工業爐襯的長壽化技術
3.1 影響因素
3.2 長壽化方法
3.3 長壽化評價
3.3.1 微觀評價技術
3.3.2 宏觀測試技術
3.3.3 監測評價技術
參考文獻

4 長水口的CAE及其長壽化技術
4.1 計算模型
4.1.1 模型的選取
4.1.2 材料的物理性能
4.1.3 熱邊界條件
4.1.4 機械邊界條件
4.2 熱應力及其影響因素
4.2.1 熱衝擊時間對熱應力的影響
4.2.2 預熱溫度對熱應力的影響
4.2.3 材料熱導率對熱應力的影響
4.3 振動產生的機械應力
4.4 總應力
4.5 降低頸部應力的措施
4.5.1 對應力在空間分布上的影響
4.5.2 對應力在時間分布上的影響
參考文獻

5 傳統鋼包的CAE及其長壽化技術
5.1 鋼包溫度場和應力場隨時間變化的規律
5.1.1 分析模型的選取
5.1.2 材料物性參數的選取
5.1.3 邊界條件的確定
5.1.4 溫度場隨時間的變化規律
5.1.5 鋼包溫度測試實驗研究
5.1.6 應力場隨時間變化的規律
5.2 鋼包包壁材料物性的優化選取
5.2.1 鋼包熱機械行為的基本規律
5.2.2 有限元分析模型
5.2.3 包壁材料物性優化選取
5.2.4 優化結果與討論
5.3 鋼包包底結構優化
5.3.1 典型包底結構
5.3.2 各種包底結構的參數化模型
5.3.3 各種包底結構的應力分布
5.3.4 包底結構優化
5.4 使用效果
參考文獻

6 電爐蓋的CAE及其長壽化技術
6.1 電爐蓋CAD/CAE模型的建立
6.1.1 電爐蓋熱分析
6.1.2 電爐蓋的CAD模型
6.1.3 電爐蓋的CAE模型
6.2 電爐蓋溫度場分析
6.2.1 材料物性參數的確定
6.2.2 載荷及邊界條件的確定
6.2.3 電爐蓋的溫度場
6.2.4 溫度場分析
6.3 電爐蓋應力場分析
6.3.1 載荷及邊界條件的確定
6.3.2 電爐蓋應力場
6.3.3 應力場分析
6.4 爐蓋溫度場和應力場的影響因素
6.4.1 爐蓋溫度場和應力場影響因素分析
6.4.2 澆鑄料物性參數對溫度場和應力場的影響
6.5 澆鑄料物性參數的優化
6.5.1 優化模型的建立
6.5.2 優化分析
參考文獻

7 混鐵爐的CAE及其長壽化技術
7.1 混鐵爐CAD/CAE模型的建立
7.2 混鐵爐溫度場和應力場分析
7.2.1 熱分析的數學模型
7.2.2 熱與結構耦合應力場分析的理論基礎
7.2.3 熱與結構耦合應力分析有限元模型的建立
7.2.4 材料物性參數
7.2.5 邊界條件的確定
7.2.6 混鐵爐溫度場分析結果
7.2.7 混鐵爐熱與結構耦合應力場的計算結果
7.3 混鐵爐溫度場和應力場的影響因素
7.4 混鐵爐長壽技術的應用
7.4.1 混鐵爐內襯受損機理
7.4.2 提高混鐵爐壽命的手段和方法
7.4.3 兌鐵工藝的選擇與設計
7.4.4 整體澆鑄工藝技術研究
參考文獻

8 回轉窯的CAE及其長壽化技術
8.1 回轉窯的模型
8.2 回轉窯溫度場和應力場的數值模擬
8.2.1 回轉窯火焰溫度場的模擬
8.2.2 回轉窯風機速度場模擬
8.2.3 回轉窯內部氣流溫度場分析
8.2.4 回轉窯窯體溫度場的計算
8.2.5 回轉窯窯體熱應力場的計算
8.3 回轉窯溫度場和應力場的影響因素及其優化
8.3.1 回轉窯窯皮厚度對溫度場和應力場的影響
8.3.2 回轉窯內、外通風條件對回轉窯溫度場和應力場的影響
8.3.3 回轉窯優化結果分析
參考文獻

9 新型鋼包的CAE及其長壽化技術
9.1 具有保溫絕熱內襯的新型鋼包
9.1.1 鋼包保溫性能及其影響因素
9.1.2 具有保溫絕熱內襯的新型鋼包的保溫性能分析
9.1.3 具有保溫絕熱內襯的新型鋼包應力分析
9.2 鋼包熱機械損毀分析及模擬
9.2.1 鋼包內襯熱機械應力
9.2.2 鋼包內襯磚膨脹縫及其損毀
9.2.3 考慮整體磚縫的鋼包內襯壽命
9.3 具有納米保溫內襯的新型鋼包結構的CAE
9.3.1 具有納米保溫內襯的新型鋼包有限元模型
9.3.2 典型工況下具有納米保溫內襯的新型鋼包的溫度場和應力場的數值模擬
9.3.3 具有納米保溫內襯的新型鋼包的溫度場和應力場的影響因素
參考文獻

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