针对某炼钢厂150 t精炼钢水包扩容到165 t后的初步设计超重问题,采用热机耦合有限元方法,考虑吊运、底部坐包和耳轴箱坐包3种工况,计算了初步设计钢包的温度场和热机耦合应力场。依据计算结果,进行了3轮减重优化分析。在每一轮分析中,根据耦合应力和温度分布分析结果,逐步优化钢包结构和尺寸。最终,使钢包外璧最高温度控制在340℃以下,最大耦合应力控制在265 MPa以下,耐火层最大耦合应力控制在20 MPa以下。通过选用高强度、抗热蠕变钢材制造钢包结构,使用减重优化设计降低钢包质量10.2 t,满足了不改造或更换吊运装置和钢水加盖机构的要求,现场运行良好。该研究为提高钢包扩容能力的相关技术水平提供了重要的依据。

综合考虑钢水包温度载荷和多接触面弹性接触载荷,建立了复杂空间结构钢水包的三维多接触面热弹性接触有限元分析模型,对易耗损的耐火层进行了热应力分析。计算结果表明,耐火层产生了较高的热应力,最大为89MPa。耐火层的包身与包底内壁交界是强度危险区,耳轴与耳轴箱交界处热应力较高,温度是外壁最高处,同样是强度危险区。