閃速爐鋼結(jié)構(gòu)分析軟件介紹

ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界著名的有限元分析軟件公司美國(guó)ANSYS 開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer， SOLIDWORKS，AutoCAD 等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE (Computer Aided Engineering)工具之一。

軟件主要包括3 個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析、流體分析、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)以及多物理場(chǎng)的耦合分析；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以等值線、矢量顯示、梯度顯示、切片顯示，也可將計(jì)算結(jié)構(gòu)以圖表、曲線形式顯示或輸出 。

閃速爐鋼結(jié)構(gòu)大都采用梁柱結(jié)構(gòu)，其載荷類型大致分為三種：靜荷載、動(dòng)荷載和地震荷載。對(duì)于閃速爐鋼結(jié)構(gòu)，其主要負(fù)載為反應(yīng)塔和上升煙道，其結(jié)構(gòu)形式分為吊掛式和支撐式。隨著物料處理量和建設(shè)場(chǎng)地分布的不同，反應(yīng)塔尺寸規(guī)格和鋼結(jié)構(gòu)載荷也隨之改變，這就需要在進(jìn)行合理的受力分析后，才能確定鋼結(jié)構(gòu)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 分析軟件對(duì)其進(jìn)行受力分析，得到靜力載荷分析結(jié)果及地震力分析結(jié)果，為爐體鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供指導(dǎo) 。

利用ANSYS 軟件，分別進(jìn)行靜力分析、模態(tài)分析和譜分析，得到爐體框架的靜力結(jié)果和地震力分析結(jié)果。

閃速爐鋼結(jié)構(gòu)爐體框架模型

本例分析的閃速爐反應(yīng)塔規(guī)格為Ф7 m×7.9 m。閃速爐簡(jiǎn)化模型（不包括沉淀池）反應(yīng)塔和上升煙道均吊掛于爐體框架之上，反應(yīng)塔和上升煙道的重量通過(guò)吊掛梁作用于爐體框架上。

閃速爐鋼結(jié)構(gòu)爐體框架受力分析

1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化

為了提高建模效率，針對(duì)板梁結(jié)構(gòu)可以忽略一些筋板來(lái)建模；同時(shí)將反應(yīng)塔與上升煙道等效為質(zhì)量點(diǎn)，將力傳遞到框架上的作用點(diǎn)上，其中反應(yīng)塔和上升煙道的吊掛點(diǎn)均為8 個(gè)。

本鋼結(jié)構(gòu)框架外形尺寸為：長(zhǎng)28.9 m，寬15 m，高19.7 m，鋼結(jié)構(gòu)所用材質(zhì)為Q345B。ANSYS 建模時(shí)選擇國(guó)標(biāo)單位制：m、s、kg，并定義鋼材屬性：密度為7 850 kg/m3、熱膨脹系數(shù)為1.2e-005℃-1、彈性模量為2e11 Pa、泊松比為0.3。采用BEAM188 單元和MASS21 單元建模。

2 框架鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)塔的載荷、上升煙道壁和反應(yīng)塔壁掛渣的載荷、平臺(tái)載荷和地震力載荷?？蚣茏陨碇亓d荷通過(guò)施加重力加速度實(shí)現(xiàn)，上升煙道壁和反應(yīng)塔壁掛渣的載荷等效成反應(yīng)塔與上升煙道的部分重量通過(guò)質(zhì)量點(diǎn)施加（注意由于上升煙道和反應(yīng)塔非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，將其等效為質(zhì)量點(diǎn)后，應(yīng)設(shè)置重心位置），平臺(tái)載荷則均勻分布到框架頂部各支梁上。

3 確定頻譜分析參數(shù)

反應(yīng)譜法是一種頻域分析方法，基本思路是將頻域離散化，針對(duì)每個(gè)小頻段內(nèi)的動(dòng)力問(wèn)題運(yùn)用頻域傳遞函數(shù)求解，然后迭加得到總體反應(yīng)。在反應(yīng)譜法中重要的一個(gè)參數(shù)就是頻譜曲線，其計(jì)算參考國(guó)標(biāo)GB 50011-2008。在本例中，該地域抗震烈度為7度，地震影響系數(shù)最大值αmax=0.5，阻尼比0.05，特征周期T=0.35，反應(yīng)譜函數(shù)的周期折減系數(shù)為0.7 。

在求解完成后，ANSYS 的后處理器提供了多種途徑來(lái)提取結(jié)果，一般步驟如下：1)指定并讀入結(jié)果文件和結(jié)果數(shù)據(jù)；2) 瀏覽結(jié)果文件包含的結(jié)果；3)設(shè)置結(jié)果輸出方式控制選項(xiàng)。

項(xiàng)目建成后，既可回收中、低溫?zé)煔獾臒崃?，變廢為寶，又能降低了進(jìn)入后續(xù)收塵設(shè)備的煙氣溫度和含塵濃度，使粉塵排放更容易達(dá)標(biāo)。

按照2011 年全國(guó)6 000 kW 以上電廠平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗333 g /(kW·h) [6]進(jìn)行計(jì)算，回轉(zhuǎn)窯廢氣余熱所發(fā)電量相當(dāng)于每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)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(duì)減少溫室效應(yīng)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境起到積極的促進(jìn)作用 。

綜上所述，可以得到以下結(jié)論：

1）由于干燥窯煙氣溫度較低，現(xiàn)階段余熱利用的性價(jià)比不高。礦熱電爐的余熱利用方式，需結(jié)合煙氣特點(diǎn)、項(xiàng)目投資、運(yùn)行成本綜合考慮。

2）回轉(zhuǎn)窯的中溫?zé)煔獠捎糜酂徨仩t進(jìn)行回收，產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電，不但可以降低鎳鐵冶煉的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約能源，也減少了環(huán)境污染，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。因此中溫余熱發(fā)電技術(shù)具有廣闊的推廣應(yīng)用前景 。2100433B

閃速爐是芬蘭奧托昆普公司發(fā)明的處理粉狀硫化礦物的一種強(qiáng)化冶煉設(shè)備，一般由精礦噴嘴、反應(yīng)塔、沉淀池、上升煙道等4個(gè)主要部分組成。閃速爐具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，它利用銅精礦巨大表面面積的粉狀物料，在爐內(nèi)充分與氧接觸，在高溫下，以極高的速度完成硫化物的可控氧化反應(yīng)。反應(yīng)放出大量的熱，供給熔煉過(guò)程，使用含硫高的物料，有可能實(shí)現(xiàn)自熱熔煉。閃速爐具有生產(chǎn)率高、能耗低、煙氣中二氧化硫濃度高的特點(diǎn) 。

閃速爐主要用于銅、鎳等硫化物精礦熔煉。閃速熔煉是充分利用細(xì)磨物料的巨大活性表面，強(qiáng)化冶煉反應(yīng)過(guò)程的熔煉方法。

這種方法主要用于銅、鎳等硫化礦的造锍熔煉（銅、鎳、鈷火法冶金過(guò)程中的一個(gè)重要工序）。閃速熔煉脫硫率高，有利于二氧化硫的回收，并可通過(guò)控制入爐的氧量，在較大范圍內(nèi)控制熔煉過(guò)程的脫硫率。閃速熔煉的主要缺點(diǎn)是渣含主金屬較多，須經(jīng)貧化處理，加以回收。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，世界上新建大型煉銅廠大都采用閃速熔煉。世界上有30多臺(tái)奧托昆普型爐在運(yùn)轉(zhuǎn)或在建設(shè)之中，其中5臺(tái)用于煉鎳，其余都用于煉銅；而國(guó)際鎳公司型爐4臺(tái)，都用于煉銅。這兩種爐子的產(chǎn)銅量約占世界粗銅生產(chǎn)量的三分之一。中國(guó)貴溪冶煉廠奧托昆普型閃速爐是1986年投產(chǎn)的，金川鎳冶煉廠的煉鎳閃速爐也已在運(yùn)轉(zhuǎn)中。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，閃速熔煉技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，在向直接煉粗銅或閃速吹煉得粗銅的方向發(fā)展。第一臺(tái)直接煉銅閃速爐于1978年在波蘭格沃古夫（Glogow）煉銅廠投入生產(chǎn)。美國(guó)肯尼柯特銅公司 （KennecottCopper Corp）和芬蘭奧托昆普公司聯(lián)合進(jìn)行的固體銅锍閃速吹煉已經(jīng)完成半工業(yè)試驗(yàn)。閃速熔煉-閃速吹煉新工藝將有利于包括熔煉、吹煉和制酸的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)連鎖和最佳化。 2100433B

閃速爐是芬蘭奧托昆普公司發(fā)明的處理粉狀硫化礦物的一種強(qiáng)化冶煉設(shè)備，一般由精 礦噴嘴、反應(yīng)塔、沉淀池、上升煙道等4個(gè)主要部分組成。有的閃速爐與渣貧化電爐合成 一體，可以縮短流程，節(jié)約能量，簡(jiǎn)化操作，并且可以提高沉淀池熔化的溫度，這樣的閃速爐就增加了第5個(gè)組成部分——電熱貧化區(qū)。

（1）反應(yīng)塔頂

反應(yīng)塔頂有拱頂和平吊掛頂兩種結(jié)構(gòu)，拱頂又有球拱頂（如漢堡冶煉廠、韋爾瓦冶煉廠等）和平斜結(jié)合頂（金隆公司、貴冶等）。拱頂密封性好，漏風(fēng)小，但磚體維修困難，一般壽 命為3～5a；吊掛頂密封性較差，但可在爐子熱態(tài)下更換部分磚 體。隨著富氧濃度、干礦裝入量和反應(yīng)塔熱負(fù)荷的提高，越來(lái)越多 的冶煉廠采用吊掛頂改造拱頂。

（2）反應(yīng)塔壁

反應(yīng)塔壁經(jīng)受帶塵高溫?zé)煔夂透邷厝垠w的沖刷，幾乎沒(méi)有任 何耐火材料能夠承受反應(yīng)塔內(nèi)的苛刻條件。為提高爐壽命，各冶 煉廠不斷地改進(jìn)反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)，使用優(yōu)質(zhì)耐火材料，并采用水冷卻 系統(tǒng)，冷卻強(qiáng)度不斷提高，形成各自不同的反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)特征。

（3）沉淀池

銅锍和爐渣在沉淀池中儲(chǔ)存并澄清分離；夾帶煙塵的高溫?zé)?氣（達(dá)1420℃左右）經(jīng)沉淀池進(jìn)入上升煙道，因此沉淀池的結(jié)構(gòu)必 須能夠防止熔體滲漏，同時(shí)有利于保護(hù)爐襯。沉淀池頂一般為平吊掛頂或拱吊掛頂。沉淀池頂?shù)睦鋮s有H 梁冷卻和垂直水套冷卻。

（4）上升煙道

上升煙道是閃速爐夾帶著渣粒、煙塵的高溫?zé)煔馀懦龅耐ǖ馈?因此，對(duì)上升煙道結(jié)構(gòu)上的要求是：防止熔體粘附而堵塞煙氣通 道；盡量減少沉淀池的輻射熱損失。上升煙道有垂直圓形（如猶他閃速爐等）、橢圓形（如希達(dá)爾哥閃速爐）和斷面為長(zhǎng)方形的傾斜形。