閃速爐鋼結構大都採用樑柱結構，其載荷類型大致分為三種：靜荷載、動荷載和地震荷載。對於閃速爐鋼結構，其主要負載為反應塔和上升煙道，其結構形式分為吊掛式和支撐式。隨著物料處理量和建設場地分布的不同，反應塔尺寸規格和鋼結構載荷也隨之改變，這就需要在進行合理的受力分析後，才能確定鋼結構立柱和支撐梁的尺寸。
基本介紹
- 中文名：閃速爐鋼結構
- 外文名：Flash furnace steel structure
- 學科：冶金工程
- 領域：鋼鐵
- 負載：反應塔和上升煙道
- 結構形式：吊掛式和支撐式
簡介,分析軟體介紹,閃速爐鋼結構受力分析,爐體框架模型,爐體框架受力分析,結果分析,總結,
簡介
閃速爐鋼結構大都採用樑柱結構，其載荷類型大致分為三種：靜荷載、動荷載和地震荷載。對於閃速爐鋼結構，其主要負載為反應塔和上升煙道，其結構形式分為吊掛式和支撐式。隨著物料處理量和建設場地分布的不同，反應塔尺寸規格和鋼結構載荷也隨之改變，這就需要在進行合理的受力分析後，才能確定鋼結構立柱和支撐梁的尺寸。以某冶煉廠閃速熔煉爐的爐體框架為例，利用ANSYS 分析軟體對其進行受力分析，得到靜力載荷分析結果及地震力分析結果，為爐體鋼結構的最佳化提供指導。
分析軟體介紹
ANSYS 軟體是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析於一體的大型通用有限元分析軟體。由世界著名的有限元分析軟體公司美國ANSYS 開發，它能與多數CAD軟體接口，實現數據的共享和交換，如Pro/Engineer， SOLIDWORKS，AutoCAD 等，是現代產品設計中的高級CAE (Computer Aided Engineering)工具之一。
軟體主要包括3 個部分：前處理模組、分析計算模組和後處理模組。前處理模組提供了強大的實體建模及格線劃分工具；分析計算模組包括結構分析、流體分析、電磁場、聲場以及多物理場的耦合分析；後處理模組可將計算結果以等值線、矢量顯示、梯度顯示、切片顯示，也可將計算結構以圖表、曲線形式顯示或輸出。
閃速爐鋼結構受力分析
利用ANSYS 軟體，分別進行靜力分析、模態分析和譜分析，得到爐體框架的靜力結果和地震力分析結果。
爐體框架模型
本例分析的閃速爐反應塔規格為Ф7 m×7.9 m。閃速爐簡化模型（不包括沉澱池）反應塔和上升煙道均吊掛於爐體框架之上，反應塔和上升煙道的重量通過吊掛梁作用於爐體框架上。
爐體框架受力分析
1 結構簡化
為了提高建模效率，針對板梁結構可以忽略一些筋板來建模；同時將反應塔與上升煙道等效為質量點，將力傳遞到框架上的作用點上，其中反應塔和上升煙道的吊掛點均為8 個。
本鋼結構框架外形尺寸為：長28.9 m，寬15 m，高19.7 m，鋼結構所用材質為Q345B。ANSYS 建模時選擇國標單位制：m、s、kg，並定義鋼材屬性：密度為7 850 kg/m3、熱膨脹係數為1.2e-005℃-1、彈性模量為2e11 Pa、泊松比為0.3。採用BEAM188 單元和MASS21 單元建模。
2 框架鋼結構主要載荷
爐體框架主要受力包括自身重力、上升煙道和反應塔的載荷、上升煙道壁和反應塔壁掛渣的載荷、平台載荷和地震力載荷。框架自身重力載荷通過施加重力加速度實現，上升煙道壁和反應塔壁掛渣的載荷等效成反應塔與上升煙道的部分重量通過質量點施加（注意由於上升煙道和反應塔非均質結構，將其等效為質量點後，應設定重心位置），平台載荷則均勻分布到框架頂部各支樑上。
3 確定頻譜分析參數
反應譜法是一種頻域分析方法，基本思路是將頻域離散化，針對每個小頻段內的動力問題運用頻域傳遞函式求解，然後迭加得到總體反應。在反應譜法中重要的一個參數就是頻譜曲線，其計算參考國標GB 50011-2008。在本例中，該地域抗震烈度為7度，地震影響係數最大值αmax=0.5，阻尼比0.05，特徵周期T=0.35，反應譜函式的周期折減係數為0.7。
結果分析
在求解完成後，ANSYS 的後處理器提供了多種途徑來提取結果，一般步驟如下：1)指定並讀入結果檔案和結果數據；2) 瀏覽結果檔案包含的結果；3)設定結果輸出方式控制選項。
項目建成後，既可回收中、低溫煙氣的熱量，變廢為寶，又能降低了進入後續收塵設備的煙氣溫度和含塵濃度，使粉塵排放更容易達標。
按照2011 年全國6 000 kW 以上電廠平均供電標準煤耗333 g /(kW·h) [6]進行計算，迴轉窯廢氣餘熱所發電量相當於每年節省標準煤約15 528 t，每年減少二氧化碳排放量約383 00 t，每年可減少二氧化硫排放量約506 t，每年減少NOx 排放量約117 t。這將對減少溫室效應、保護生態環境起到積極的促進作用。
總結
綜上所述，可以得到以下結論：
1）由於乾燥窯煙氣溫度較低，現階段餘熱利用的性價比不高。礦熱電爐的餘熱利用方式，需結合煙氣特點、項目投資、運行成本綜合考慮。
2）迴轉窯的中溫煙氣採用餘熱鍋爐進行回收，產生的蒸汽用於發電，不但可以降低鎳鐵冶煉的生產成本，提高企業的經濟效益，節約能源，也減少了環境污染，符合國家產業政策。因此中溫餘熱發電技術具有廣闊的推廣套用前景。
