国内某钢铁研究设计院与国外技术公司合作，设计开发了一种新型炉体结构。炉身为模块式，将厚壁冷却水管以把手型直接焊接在各块炉壳钢板上，再将各块对接起来构成一个整体框架，以此框架为基础浇注一定厚度的耐火混凝土。炉缸结构为陶瓷杯式，炉底强行风冷。
      还原炉炉壳承受的载荷条件很复杂，它处在高温、高压和高载荷及炉内有时产生的爆震、冲击条件下工作，同时炉壳开孔很多，形状各异。开孔后的壳体，由于结构连续性被破坏，在开孔处产生相当大的局部应力，因此开孔附近就成为壳体的薄弱环节。还原炉炉壳的任何缺陷都会影响到安全运转，因此采用有限元分析对此新型结构的炉壳进行了静强度及疲劳强度分析，为还原炉的设计和建设提供了科学依据。
      还原炉结构示意图如图所示，耐火材料结构示意图如图所示。耐火材料、散热水管、炉壳的传热系数见表。耐火材料的导热系数不是指某一具体耐火材料的导热系数，而是综合考虑了被简化掉的耐火材料的导热系数。炉壳材料为18 MnMoNb，该材料的屈服极限为490 MPa，强度极限为635 MPa。
      根据还原炉炉体的实际外形尺寸建立高炉三维立体模型。为了与实际情况接近，避免在弹塑性分析中出现虚假的应力集中现象，在模型上所有开有大孔的地方都施加了孔边约束，例如在顶部废气导出孔处和喷枪座处，分别用实体单元模拟了一段废气导出管和一段喷枪，并在废气导出管孔边缘和喷枪孔边缘附加了弹簧单元，以模拟管道与波纹管的连接。支撑炉底的工字钢格排梁在水平方向上不完全固定，梁与固定锚板间留有膨胀间隙。由此，在梁的边缘附加了非线性弹簧单元，以模拟膨胀间隙，在间隙量范围内弹簧的刚度很小，超过了膨胀间隙量，则弹簧刚度变的很大。
      模型单元划分基于ANSYS的智能划分，并在开孔洞处和预计为高应力的危险部位进行加密划分。单元类型选择8节点实体单元，求解器程序选择为稀疏矩阵直接求解法，它是以消元法为基础的直接求解法，可以得到十分精确的解。计算模型节点总数为163982个，单元总数为533419个，其中弹簧单元474个，实体单元532945个。
      在冶炼时，炉体与铁水及炉壳与周围环境的热交换行为是复杂的，为简化起见，可以把还原炉稳定工作状态下的温度场看成是稳态温度场。在炉内存在两种传热途径：一是铁水和炉壁及高温气体与炉壁是接触传热，求解时按第一类边界条件处理，即已知炉体内表面温度，与熔池和炉渣接触的表面温度Tdown=1 500℃，其余内表面(即炉渣区以上的炉壁)温度Tup=1 600℃；二是耐火浇注料中水管壁与冷却水间对流传热，求解时按第三类边界条件考虑，即已知冷却水的流量和进口、出口温度，则可求出平均换热系数。在炉体外部即炉壳外表面，传热也有两种途径：一是与周围空气的自然对流传热(炉壳圆形外表面和前炉膛外表面)或强迫对流传热(鼓风机对炉体底板和固定座强行风冷，风速10 m/s)；二是通过辐射向周围环境散热。炉壳外表面按第三类边界条件考虑，即已知周围环境温度T=20℃，将对流换热和辐射换热折合成综合换热系数。
      1)位移 对支撑炉底的工字钢格排梁施加垂向约束，对弹簧单元施加完全约束。
      2)力和温度边界条件 还原炉炉壳受到的载荷情况比较复杂，其中有炉壳自重Fw、附属物荷重Fa及内衬材料荷重Fin等引起的作用于炉壳的竖向力；此外还有炉内煤气内压力Pg、内衬膨胀产生的侧压力Ps、炉渣和铁水的侧压力Ph以及炉壳内外温差引起的环向应力等多种载荷，载荷示意图见图。

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