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钢包内衬是决定钢包寿命的关键,钢包内衬材料最常见的损坏方式是受热应力破坏。
以往对钢包研究都是偏向于以砌筑砖为主的钢包内衬材料,单一的从材料性能角度或者热力学角度进行分析研究。本文以山西某钢厂90t整体铝镁浇注料钢包为背景,从材料性能研究与热力学相结合角度出发,采用实验方法与数值分析方法进行研究。采用实验方法分析了原料组成变化对材料物性影响;运用有限元原理,采用数值分析方法比较了钢包内衬使用工况下所承受的温度场及应力场变化情况;分析内衬材料物性参数变化对热应力的影响,针对生产中所采用包底情况进行了热应力分析。
结果表明:1)镁粉含量在9.5%~10.5%,硅微粉含量在3%~4%,可使目前配比下所使用材料性能达到最优,将目前所使用材料硅微粉含量增加0.5%,电熔镁粉含量减少0.3%,材料性能达到优化;2)烘烤过程中整体浇注钢包壁面并不是均匀分布,差值在20℃以内,包底部分温差较大,部分时间差值在70℃以上。提高预热温度可降低钢包达到准稳态所需时间,在现有烘烤制度中可将小火烘烤时间减少1~2小时;3)钢包在台车上应力最大值在包底靠近外端处,在吊起状态下应力最大值处于与钢包耳轴位置相对应处。在现有工艺下,包底受热冲击时应力分布与抗冲击区开孔形状无关。
通过分析内衬材料物性对热应力影响可知,内衬材料热应力增加值比例与弹性模量增加值比例接近,线膨胀系数影响要弱于弹性模量,内衬材料导热率对材料应力值变化影像不大,但对温度分布影响较大,使用中内衬材料厚度变化对内衬热应力影响小。