特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度行為的研究

王軼平 林 剛 代宗嶺 崔福龍

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司煉鋼工程技術(shù)所 北京 100192）

1 引言

鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)是連鑄生產(chǎn)線中最為重要的設(shè)備之一，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的性能將直接影響整條連鑄生產(chǎn)線的運(yùn)行。其主要用于從天車上接收滿載鋼水的鋼包，轉(zhuǎn)至澆注位置，同時(shí)將澆注完畢的空鋼包轉(zhuǎn)至天車。隨著鋼包容量的不斷增大，要求設(shè)計(jì)特大型的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)。目前研究主要針對(duì)200～300t左右的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)［1］［2］［3］［4］，而針對(duì)特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)，即承載超過500t的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度行為的研究在國(guó)內(nèi)外均較為少見。因此，針對(duì)我公司設(shè)計(jì)的特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了有限元分析，得出了該特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)力分布。結(jié)果表明，該特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全可靠的。為該特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的精細(xì)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

2 有限元模型的建立

2.1 材料模型

材料密度：ρ＝7800kg／m3

彈性模量：E＝2.1×105MPa

泊松比：μ＝0.3

2.2 網(wǎng)格劃分

與實(shí)際結(jié)構(gòu)相比主要進(jìn)行了如下簡(jiǎn)化：

1）忽略結(jié)構(gòu)上各螺釘孔的影響；

2）忽略力傳遞路徑以外的附屬結(jié)構(gòu)的影響。

采用六面體等參單元對(duì)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，共分為572277個(gè)單元，節(jié)點(diǎn)數(shù)789457，模型網(wǎng)格如圖1～圖3所示。

2.3 載荷及邊界條件

如圖4所示，在回轉(zhuǎn)臺(tái)叉形臂的稱量壓頭位置施加豎直力，用于模擬鋼包對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)的作用，同時(shí)，由于鋼包位于回轉(zhuǎn)臺(tái)叉形臂上時(shí)實(shí)際上增大了兩叉形臂之間的剛度，因此，采用約束方程對(duì)兩叉形臂之間受力位置之間的相互運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了耦合。在回轉(zhuǎn)臺(tái)底座的底部施加xyz三個(gè)方向的位移約束，用來模擬錨固框架對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)的約束。在模型中

圖1 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)有限元網(wǎng)格劃分

圖2 回轉(zhuǎn)臺(tái)上連桿網(wǎng)格

圖3 叉形臂網(wǎng)格

圖4 回轉(zhuǎn)臺(tái)載荷與邊界條件的施加

3 回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析

根據(jù)回轉(zhuǎn)臺(tái)的使用要求，將按以下三種工況對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算：

工況一：回轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)空載，另一側(cè)接受滿包鋼水的過程；

工況二：回轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)放置滿包，另一側(cè)接受滿包鋼水的過程；

工況三：回轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)放置空包，另一側(cè)接受滿包鋼水的過程。

回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖如圖5～圖7所示。小，最大應(yīng)力水平都出現(xiàn)在受包側(cè)。

圖5 工況一條件下回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖

圖6 工況二條件下回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖

圖7 工況三條件下回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖

4）綜上所述，可見對(duì)于兩側(cè)各自獨(dú)立的零部件，其應(yīng)力水平的最大值與各工況相關(guān)性較小，最大值都出現(xiàn)在受包側(cè)的零部件上。對(duì)于兩側(cè)共用的零部件，其應(yīng)力水平與工況相關(guān)性較強(qiáng)，即該零部件對(duì)載荷偏載表現(xiàn)出不同的應(yīng)力水平，且隨偏載程度的降低，應(yīng)力水平降低。

4 結(jié)論

通過建立特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元模型，對(duì)該型回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算及分析，通過分析發(fā)現(xiàn)：

1）對(duì)于一側(cè)無鋼包，另一側(cè)接受滿包鋼水這種工況，回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作過程最為惡劣，應(yīng)力水平最高，且出現(xiàn)在接受鋼包一側(cè)。

對(duì)于其它兩種工況，由于在接受滿包鋼水的同時(shí)，另一側(cè)叉形臂上作用有載荷，反而由于載荷的作用，使偏載現(xiàn)象有所減輕，應(yīng)力水平較工況一更低。

2）對(duì)于兩側(cè)布置各自獨(dú)立的部件，應(yīng)力水平的最大值與工況關(guān)聯(lián)較小，其應(yīng)力水平最大值出現(xiàn)在接受滿包鋼水的鋼包時(shí)；而兩側(cè)共用的零部件，其應(yīng)力水平與工況有較大的關(guān)聯(lián)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在偏載最為嚴(yán)重時(shí)，即一側(cè)空載，另一側(cè)接受滿包鋼水的鋼包時(shí)。

3）該回轉(zhuǎn)臺(tái)各部分應(yīng)力水平均小于所用材料的許用應(yīng)力，可以認(rèn)為該回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)是可靠的。

［1］岳海龍，鄒家祥，陸勤.板坯連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)力學(xué)性能研究［J］.冶金設(shè)備，1993（1）.

［2］吳迪平，章博，鄒家祥，劉聯(lián)群.直角式鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元分析［J］.重型機(jī)械，1997（3）.

［3］徐曉，嚴(yán)波，趙勛亞，陳將.鋼水罐回轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)有限元分析［J］.重型機(jī)械，2008（1）.

［4］余飛，喬沙林，周凱旋，易海鵬.大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)及其關(guān)鍵部件的強(qiáng)度分析［J］.重型機(jī)械，2009（6）.