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第1章　引言1

1.1　铁水炉外喷粉预脱硫1

1.1.1　铁水炉外喷粉脱硫的发展概况1

1.1.2　铁水炉外喷粉脱硫的技术优势2

1.1.3　我国发展铁水炉外喷粉脱硫的重要意义3

1.2　铁水脱硫喷枪工作条件4

1.2.1　机械作用4

1.2.2　热机械应力作用5

1.2.3　化学侵蚀作用8

1.3　铁水脱硫喷枪用浇注料9

1.3.1　浇注料的发展概况9

1.3.2　低水泥浇注料的硬化与强度11

1.3.3　浇注料热震稳定性研究12

1.3.4　莫来石质浇注料13

1.3.5　喷枪用浇注料材质方面的研究16

1.3.6　喷枪结构的研究19

1.3.7　复相材料增韧理论20

1.3.8　过渡塑性相工艺21

1.4　耐火材料有限元热分析与热应力分析23

1.4.1　有限元原理概述23

1.4.2　有限元热分析基础24

1.4.3　有限元热应力分析的基础29

1.4.4　有限元法在耐火材料中的应用30

1.4.5　基于有限元的数值仿真技术35

1.4.6　有限元热分析与热应力分析的国内外研究概况36

1.4.7　ANSYS软件的简介36

1.5　存在的问题38

1.5.1　多相材料本身的性能38

1.5.2　有限元分析计算38

1.5.3　利用计算结果来进一步延长高温部件的寿命39

1.5.4　实际情况下温度和应力的测量39

1.6　本文的主要内容40

1.6.1　优化配置研究40

1.6.2　有限元热分析与热应力分析40

第2章　喷枪新型耐火材料的基础研究之一——红柱石的添加41

2.1　基质研究41

2.1.1　概述41

2.1.2　实验41

2.1.3　实验结果与讨论42

2.2　红柱石的分解研究44

2.2.1　概述44

2.2.2　实验45

2.2.3　实验结果与讨论45

2.3　红柱石对莫来石质浇注料性能的影响46

2.3.1　概述46

2.3.2　实验47

2.3.3　结果与讨论48

2.3.4　微观结构分析53

2.4　本章小结55

第3章 喷枪新型耐火材料的基础研究之二——碳化硅对莫来石质浇注料性能的影响56

3.1　碳化硅粉料在莫来石质浇注料基质中的氧化行为研究56

3.1.1　概述56

3.1.2　实验56

3.1.3　实验结果58

3.2　碳化硅细粉对莫来石质浇注料性能的影响62

3.2.1　概述62

3.2.2　实验63

3.2.3　实验结果63

3.2.4　分析与讨论65

3.2.5　显微结构分析66

3.3　碳化硅微粉对莫来石质浇注料性能的影响69

3.3.1　概述69

3.3.2　实验69

3.3.3　实验结果70

3.3.4　分析与讨论71

3.3.5　显微结构分析71

3.4　碳化硅细粉对添加有红柱石的莫来石质浇注料试样性能的影响72

3.4.1　实验73

3.4.2　实验结果73

3.4.3　分析与讨论74

3.4.4　显微结构分析75

3.5　本章小结76

第4章　喷枪新型耐火材料的基础研究之三——结晶硅对莫来石质浇注料性能的影响77

4.1　结晶硅的氧化行为研究77

4.1.1　概述77

4.1.2　实验77

4.1.3　实验结果78

4.1.4　烧后试样物相分析81

4.2　结晶硅对浇注料性能的影响82

4.2.1　实验82

4.2.2　实验结果与讨论83

4.2.3　显微结构分析85

4.3　本章小结89

第5章　喷枪整体仿真建模与结果分析90

5.1　脱硫喷枪的建模90

5.1.1　喷枪结构概述90

5.1.2　喷枪的三种分析模型90

5.1.3　喷枪的材料模型特点92

5.2　喷枪的载荷工作状况95

5.2.1　喷枪在烘烤预热工作状况下的热边界95

5.2.2　喷枪在脱硫工作状况下的热边界95

5.2.3　喷枪在热应力分析时的结构边界条件97

5.3　脱硫喷枪的仿真分析若干问题的实现方法97

5.3.1　加载随温度变化对流的方法97

5.3.2　加载辐射热载荷的方法98

5.3.3　热应力分析中的瞬态温度加载100

5.4　脱硫喷枪整体仿真分析101

5.4.1　计算条件概述101

5.4.2　喷枪在烘烤预热工作状况下随时间变化的喷枪温度与应力102

5.4.3　喷枪在烘烤预热工作状况下恒温450℃前后的热应力分布103

5.4.4　喷枪在脱硫工作状况下各时刻的温度场104

5.4.5　喷枪在脱硫工作状况下随时间变化的喷枪温度106

5.4.6　喷枪在脱硫工作状况下在各时刻的应力场107

5.4.7　喷枪在脱硫工作状况下随时间变化的喷枪热应力109

5.5　本章小结111

第6章　影响喷枪热应力因素的分析112

6.1　耐火材料物理性能参数对脱硫喷枪热应力的影响112

6.1.1　概述112

6.1.2　物理性能参数对温度场的影响112

6.1.3　物理性能参数对应力场的影响113

6.1.4　复合层结构耐火材料对改善喷枪应力状态的作用116

6.2　芯管结构及布置对脱硫喷枪热应力的影响118

6.2.1　概述118

6.2.2　喷枪支撑结构形式改变对喷枪热应力的作用118

6.2.3　喷枪几何结构参数对喷枪热应力的作用118

6.2.4　增大支撑钢管与枪芯钢管外壁间距（无腹板）的效果119

6.3　耐火材料中锚固钢筋密度对脱硫喷枪热应力的影响122

6.3.1　概述122

6.3.2　SOLID65单元的应用122

6.3.3　结果比较122

6.4　本章小结124

第7章　结论125

附录一　热—结构分析的菜单与页面系统127

附录二　三维有限元模型的自动生成APDL源程序131

参考文献134