为了提高钢包二次精炼效率,通常在钢包底部设置底吹氩透气砖,通过氩气的搅拌作用对钢水温度和成分进行有效均化,并使非金属夹杂物顺利上浮。透气砖是炉外精炼工艺能否顺利实施的关键功能元件,其使用寿命的长短直接影响钢包的正常周转和生产成本。钢包透气砖在使用过程中,最常见的破坏是其工作热面耐火材料的蚀损、破裂,造成钢水的渗透。耐火材料的损毁主要原因包括化学侵蚀、机械磨损和热应力。其中热应力的损毁是造成耐火材料开裂破坏的直接原因。因此,模拟分析透气砖在各个状态下的温度场分布以及由此而产生的应力分布对提高透气砖耐火材料的使用寿命具有指导的意义。本文以某钢厂210吨钢包为研究对象,主要研究了以下内容:(1)建立钢包透气砖结构体的三维有限元模型,基于传热学理论,应用ANSYS有限元软件分析了钢包透气砖结构体在各个状态阶段的温度场和应力场分布,这有利于分析钢包透气砖结构体温度场、应力场及其分布规律;(2)模拟计算了钢包透气砖结构体导热系数、热膨胀系数和弹性模量对钢包透气砖结构体温度场、应力场的影响,计算研究表明,耐火材料的导热系数越高,钢包透气砖结构体温度梯度越小,由于温度梯度而产生的应力较小。耐火材料的热膨胀系数和弹性模量越大,透气砖耐火材料工作热面附近产生的应力越大。(3)计算分析了钢包透气砖之间的透气砖座砖预留缝以及透气砖与钢包透气砖座砖预留缝的接触,计算透气芯和座砖温度分布以及由此而产生的应力分布,为钢厂透气砖座砖预留缝的钢包的砌筑提供理论依据。本文通过模拟计算钢包透气砖结构体温度场和应力场分布,在一定程度上,对钢包透气砖结构体的砌筑和制作工艺具有指导意义。