【摘 要】
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COREX熔融还原炼铁工艺采用非焦煤直接炼铁，解决了当今焦炭资源短缺的问题，缩短了工艺流程，显著减轻了炼铁工业环境的污染程度;而且生产出与高炉相媲美的优质铁水，生产过程产生的
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COREX熔融还原炼铁工艺采用非焦煤直接炼铁，解决了当今焦炭资源短缺的问题，缩短了工艺流程，显著减轻了炼铁工业环境的污染程度;而且生产出与高炉相媲美的优质铁水，生产过程产生的大量优质煤气可用于生产海绵铁或发电等多级利用，成为当今冶金工业的前沿技术。鉴于此，通过有限元模拟材料参数对耐火材料使用和炉体的影响，对于COREX炉体结构的优化有着重要的意义。
本文的主要研究手段是有限元法。首先建立拱顶内衬传热传质模型。研究有限元法温度场、应力场的理论方程，建立拱顶内衬的物理模型及传热传质模型。其次，进行热-结构耦合情况下拱顶热工过程全息仿真。研究材料物性参数(导热系数、热膨胀率、弹性模量、泊松比等)对拱顶温度场和应力场的影响规律，在理论上提出合适的物性参数。再次，进行拱顶内衬综合仿真。利用第二步模拟得到的结果，对拱顶内衬进行综合仿真模拟；并研究拱顶锚固件对拱顶应力的影响，揭示拱顶内衬变形与优化、结构优化和生产工艺优化提供科学依据。
气化炉拱顶温度场和应力场分析结果表明：导热系数对气化炉拱顶温度场的影响显著，通过模拟得出当工作层和永久层的导热系数为0.95 W/(m·K)和0.5W/(m·K)时，熔融气化炉拱顶应力在径向方向的变化率最小。泊松比和弹性模量、热膨胀系数对拱顶应力场的影响显著，通过模拟应该取如下参数：工作层的泊松比为0.15，弹性模量为128.8×107Pa，热膨胀系数为3.5×10-6/K；永久层的泊松比为0.1，弹性模量为47.7×107pa，热膨胀系数为4.5×10-6/K。在对拱顶以以上参数进行综合模拟后，得到的拱顶最大变形量和拱顶最大等效应力都很小。说明这些参数的选取时合理的。通过对拱顶锚固件的模拟可知拱顶锚固件是拱顶应力集中，应该慎重考虑锚固件的布局和选取适当的材质。气化炉拱顶温度场和应力场的分析，为气化炉拱顶结构优化提供了理论参考。
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