基于FLUENT的中板吹扫射流数值模拟及工程应用

发布时间：2020-05-06 15:55

【摘要】：随着钢铁行业的转型升级,如何提升产品质量,保证产品核心竞争力已成为国内外各大钢企的首要研究目标。由于高温条件及与空气的接触,氧化铁皮在生产过程中必然存在且长期以来都是影响热轧产品质量的首要因素。虽然高压水除鳞能有效控制轧制过程中的氧化铁皮,但由于实际生产中各种因素的限制,除鳞后仍有部分氧化残渣停留在钢板表面,这些残渣在轧制过程中极易使钢板表面形成凹坑,麻点等缺陷,大大降低了产品的性能与质量。为解决这一问题,本文提出在粗、精轧机组前后增加吹扫系统,通过中压水吹扫射流的方式去除高压水除鳞后残余的氧化铁皮,提高产品质量,并结合生产实际需要,以吹扫系统中的射流部分为研究对象,依据计算流体动力学原理,采用FLUENT软件对吹扫流场进行模拟,研究喷嘴结构与工艺参数对吹扫性能的影响,从而为吹扫系统在生产中的工程应用提供理论依据。目前吹扫系统已经实际生产中投入使用,并取得较好的效果。本文主要研究工作如下:(1)通过GAMBIT软件对吹扫除渣过程中的射流场进行几何建模与网格划分并将其引入FLUENT软件中,根据实际情况选择FLUENT中的求解器、计算模型及数值算法,同时依据流体力学基本控制方程计算边界条件,对吹扫流场进行数值模拟。(2)根据FLUENT软件在不同参数条件下的模拟结果并结合射流核心区与壁面区的速度曲线图及动压曲线图,分析喷嘴结构及工艺参数对吹扫射流性能的影响,建立吹扫射流速度与射流动压之间的数学模型,为实际应用中参数的选取提供理论依据。(3)分析比较FLUENT软件中的SIMPLE算法与PISO算法间的异同,对比验证两种算法在各相同条件下的模拟结果,依据二者模拟结果的重合度验证模拟结果的准确性。(4)阐述吹扫系统基本结构,分析吹扫系统在工程应用中的效果。目前吹扫系统已成功应用于某中板厂生产线,并在提高产品质量的同时取得了较好的经济收益。
【图文】：

氧化铁皮,剥离方式,压应力

设备将去除的氧化铁皮与钢丸回收[8]。上个世纪 70 年代，日本IHI公司提出高压水喷砂除鳞法（ NID ），类似于高压水除鳞，NID 通过喷嘴喷射高压砂浆来达到清洗钢板的目的[9]。上个世纪 80 年代，H.E.Evan 指出机械除鳞时氧化铁皮受压剥落主要取决于两个因素，其一是氧化铁皮自身的强度性能，其二是氧化铁皮与钢板基体之间结合的紧密程度，当氧化铁皮与基体之间结合程度相对较高而氧化铁皮强度较低时，其破坏形式如图 1.1 中路径 1 所示，反之当氧化铁皮强度较高而与基体之间结合程度较差时，其破坏形式如路径 2 所示；氧化铁皮受拉时，拉应力首先会作用在基体上，随后在传递给氧化层，因此当拉应力在基体上产生的应变大于其自身的屈服应变时，随着拉应变的增加，氧化铁皮受到的应力不会改变，氧化物将形成孤岛留在基体表面，如图 1.2 所示[10]。同样在 80 年代，前苏联提出铁粒摩擦除鳞法（APO ），这一方法通过除鳞箱中铁粒的摩擦作用，来清理带钢表面的氧化铁皮，并于 1989 年正式投产，这是国内外首套机械连续式除鳞设备[11]。

剥离方式,氧化铁皮,拉应力,机械除鳞

图 1.2 拉应力作用下氧化铁皮的剥离方式Fig. 1.2 the peel way of oxide scale under tensile stress.1999 年王建国等研究了拉矫机机械除鳞的工作机理。分析了延伸率，拉形和弯曲变形对机械除鳞效果的影响，并针对延伸率的设定，，弯曲程度及张关系，对拉矫破鳞工艺进行优化[12]。2001 年，日本新日公司提出 SCS 除鳞技术，如图 1.3 所示，该技术依靠调节技术，根据钢板厚度的不同来调整研磨辊辊缝，并采用循环水洗去钢板已被研磨的氧化铁皮[13]。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG333

【参考文献】