特大型钢包回转台强度行为的研究

王轶平 林 刚 代宗岭 崔福龙

（中冶京诚工程技术有限公司炼钢工程技术所 北京 100192）

1 引言

钢包回转台是连铸生产线中最为重要的设备之一，钢包回转台的性能将直接影响整条连铸生产线的运行。其主要用于从天车上接收满载钢水的钢包，转至浇注位置，同时将浇注完毕的空钢包转至天车。随着钢包容量的不断增大，要求设计特大型的钢包回转台。目前研究主要针对200～300t左右的钢包回转台［1］［2］［3］［4］，而针对特大型钢包回转台，即承载超过500t的钢包回转台的强度行为的研究在国内外均较为少见。因此，针对我公司设计的特大型钢包回转台进行了有限元分析，得出了该特大型钢包回转台的应力分布。结果表明，该特大型钢包回转台结构设计是安全可靠的。为该特大型钢包回转台的精细化设计奠定了基础。

2 有限元模型的建立

2.1 材料模型

材料密度：ρ＝7800kg／m3

弹性模量：E＝2.1×105MPa

泊松比：μ＝0.3

2.2 网格划分

与实际结构相比主要进行了如下简化：

1）忽略结构上各螺钉孔的影响；

2）忽略力传递路径以外的附属结构的影响。

采用六面体等参单元对钢包回转台进行网格划分，共分为572277个单元，节点数789457，模型网格如图1～图3所示。

2.3 载荷及边界条件

如图4所示，在回转台叉形臂的称量压头位置施加竖直力，用于模拟钢包对回转台的作用，同时，由于钢包位于回转台叉形臂上时实际上增大了两叉形臂之间的刚度，因此，采用约束方程对两叉形臂之间受力位置之间的相互运动进行了耦合。在回转台底座的底部施加xyz三个方向的位移约束，用来模拟锚固框架对回转台的约束。在模型中

图1 钢包回转台有限元网格划分

图2 回转台上连杆网格

图3 叉形臂网格

图4 回转台载荷与边界条件的施加

3 回转台结构应力场分析

根据回转台的使用要求，将按以下三种工况对回转台的结构应力场进行仿真计算：

工况一：回转台一侧空载，另一侧接受满包钢水的过程；

工况二：回转台一侧放置满包，另一侧接受满包钢水的过程；

工况三：回转台一侧放置空包，另一侧接受满包钢水的过程。

回转台等效应力云图如图5～图7所示。小，最大应力水平都出现在受包侧。

图5 工况一条件下回转台等效应力云图

图6 工况二条件下回转台等效应力云图

图7 工况三条件下回转台等效应力云图

4）综上所述，可见对于两侧各自独立的零部件，其应力水平的最大值与各工况相关性较小，最大值都出现在受包侧的零部件上。对于两侧共用的零部件，其应力水平与工况相关性较强，即该零部件对载荷偏载表现出不同的应力水平，且随偏载程度的降低，应力水平降低。

4 结论

通过建立特大型钢包回转台的有限元模型，对该型回转台进行了应力计算及分析，通过分析发现：

1）对于一侧无钢包，另一侧接受满包钢水这种工况，回转台的工作过程最为恶劣，应力水平最高，且出现在接受钢包一侧。

对于其它两种工况，由于在接受满包钢水的同时，另一侧叉形臂上作用有载荷，反而由于载荷的作用，使偏载现象有所减轻，应力水平较工况一更低。

2）对于两侧布置各自独立的部件，应力水平的最大值与工况关联较小，其应力水平最大值出现在接受满包钢水的钢包时；而两侧共用的零部件，其应力水平与工况有较大的关联，最大应力出现在偏载最为严重时，即一侧空载，另一侧接受满包钢水的钢包时。

3）该回转台各部分应力水平均小于所用材料的许用应力，可以认为该回转台的设计是可靠的。

［1］岳海龙，邹家祥，陆勤.板坯连铸机钢包回转台力学性能研究［J］.冶金设备，1993（1）.

［2］吴迪平，章博，邹家祥，刘联群.直角式钢包回转台的有限元分析［J］.重型机械，1997（3）.

［3］徐晓，严波，赵勋亚，陈将.钢水罐回转台整体结构有限元分析［J］.重型机械，2008（1）.

［4］余飞，乔沙林，周凯旋，易海鹏.大型钢包回转台及其关键部件的强度分析［J］.重型机械，2009（6）.