نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

بررسی تحلیلی-عددی رفتار مکانیکی غلاف ترموکوپل مرکزی در کوره احیای مستقیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه حکیم سبزواری، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک
10.22060/mej.2026.25299.7936
چکیده
در این پژوهش، مسئله خرابی غلاف محافظ ترموکوپل مرکزی به‌عنوان ابزار اصلی پایش دما در کوره‌های احیای مستقیم، مورد بررسی قرار گرفته است. خرابی این قطعه حیاتی موجب اختلال در فرآیند تولید و افزایش هزینه‌های نگهداری می‌شود. هدف این پژوهش، شناسایی مکانیزم‌های مؤثر بر خرابی و ارائه چارچوبی علمی برای بهینه‌سازی طراحی و افزایش عمر غلاف است. بدین منظور، با استفاده از روش اجزای محدود و رویکرد کوپل اویلری–لاگرانژی در نرم‌افزار آباکوس، جریان دینامیکی مواد دانه‌ای و توزیع فشار در امتداد محور مرکزی کوره، محل قرارگیری غلاف ترموکوپل، شبیه‌سازی گردید. مدل عددی توسعه‌یافته با نتایج مدل‌های تحلیلی متداول از جمله مدل جانسن و استاندارد طراحی یوروکد مقایسه و صحت‌سنجی شد. سپس، مکانیزم‌های مختلف خرابی شامل تسلیم، خستگی، خزش و اثر ترکیبی آن‌ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که در دمای کاری 800 درجه سانتیگراد، مکانیزم خزش عامل اصلی کاهش دوام و عمر غلاف است. همچنین هندسه و جنس غلاف نقش تعیین‌کننده‌ای در رفتار تنشی و عمر کاری آن دارند. مدل ارائه‌شده با ترکیب تحلیل‌های عددی و روابط کلاسیک، چارچوبی معتبر برای پیش‌بینی عمر و طراحی بهینه غلاف فراهم کرده است که می‌تواند موجب افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری در کوره‌های احیای مستقیم شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Analytical–Numerical Analysis of the Mechanical Behavior of the Central Thermocouple Protection Tube in a Direct Reduction Furnace

نویسندگان English

hasan Rahimzadeh Moghaddam
yadolah Alinia
Mohsen Taghizadeh
Department of Mechanical Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran.
چکیده English

In this study, the failure of the central thermocouple protection tube, as the main temperature-monitoring instrument in direct-reduction furnaces, has been investigated. The failure of this critical component causes disturbances in the production process and increases maintenance costs. The aim of this research is to identify the mechanisms affecting failure and to present a scientific framework for optimizing the design and increasing the service life of the tube. For this purpose, using the finite element method and the coupled Eulerian–Lagrangian approach in the ABAQUS software, the dynamic flow of granular materials and the pressure distribution along the central axis of the furnace, at the location of the thermocouple protection tube, were simulated. The developed numerical model was compared and validated with conventional analytical models, including the Janssen model and the Eurocode design standard. Then, different failure mechanisms, including yielding, fatigue, creep, and their combined effect, were examined. The results showed that at the operating temperature of 800 °C, the creep mechanism is the main factor reducing the durability and service life of the tube. In addition, the geometry and material of the tube play a decisive role in its stress behavior and operational life. The proposed model, by combining numerical analyses and classical relations, provides a reliable framework for predicting the service life and optimal design of the tube, which can increase reliability

کلیدواژه‌ها English

Finite Element Method
Coupled Eulerian–Lagrangian Method
Granular Materials
Thermocouple Protection Tube
Failure Analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 مرداد 1405