加热炉内钢坯温度场仿真研究
发布时间：2021-08-23 13:21
工业加热炉是重要的热工设备,其性能的优劣直接决定着轧制生产线的正常运行和产品的质量,因而加热炉加热钢坯温度场的研究对提高钢铁产品质量和钢铁企业效益具有重要价值。首先,本文以蓄热式步进底加热炉为具体研究对象,介绍了其详细技术参数、生产过程存在的问题,并给出了所加热钢坯的材料属性。其次,对钢坯受热升温过程做了数值求解分析。设置了钢坯在加热炉内所处的环境变量即边界条件和初始条件,分别计算了加热过程中钢坯在步进底式加热炉内的对流换热系数、辐射换热系数;然后对传热过程做了简化分析,将对流换热折合进了辐射换热当中得出钢坯加热的综合传热系数;采用有限元软件ANSYS对钢坯温度场进行了三维瞬态非线性有限元分析,通过将仿真结果与钢坯拖偶试验测量数值进行对比,验证了数值仿真数据的可靠性。最后,为了充分开发加热炉产能并达到节能减排、降低成本和提高效益的目的,对钢坯现有的生产过程进行了优化设计。在改变加热炉钢坯加热工艺和提高钢坯初始入炉温度两种条件下,对钢坯的温度场分布情况做了仿真模拟,仿真结果表明,将加热工艺时间缩短40min后,钢坯内部温度场分布仍然能够达到出炉标准;在此基础上,提高钢坯初始入炉温度至50...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蓄热式步进底加热炉
7第2章加热炉及其加热工艺与材料概况2.1加热炉及其关键技术装置介绍加热炉是将所需热处理的物料或工件加热到一定温度的热工设备，其应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理等诸多行业领域。如图2-1所示是两种工业用钢坯加热炉。图2-1工业加热炉2.1.1加热炉的分类当前存在的工业用加热炉的类型繁多，针对其所加热的不同物料或工件的特点，应用的加热炉也不尽相同，所以对于当前存在的加热炉，一般有如下分类方式[20-24]：按照热量供给形式分为：微波加热炉、电阻加热炉、感应加热炉和燃料加热炉。按照余热回收方式分为：传统换热式加热炉和新型高效蓄热式加热炉。按照加热方式不同分为：周期式加热炉、连续式加热炉。其中周期式加热炉是指钢坯在加热炉炉膛内部固定不动进行加热的炉子，一般适用于加热特殊材质或尺寸极厚、单重巨大的有特殊尺寸要求的钢坯，但因其加热钢坯的能力有限，不常用于自动轧制生产线。连续式加热炉则是指钢坯在炉膛内以一定速度从炉温较低处向炉温较高处移动，其运动方向与炉膛内的高温炉气相反，当被加热至工艺要求温度时，便不断从炉内排出的加热炉。连续式加热炉是轧钢车间加热钢坯时应用最普遍的炉子，一般加热坯料温度都在900～1350℃左右，热处理时温度都在700～1150℃左右，本文所研究的就是连续式加热炉当中的一种步进底式加热炉。2.1.2蓄热燃烧技术上文已经讲述加热炉是钢铁工业最大的能耗设备之一，因为能耗大，温度高的
效蓄热材料来回收高温烟气中的热能，这些回收的热能将用于加热流经蓄热室的助燃空气和燃气，从而提高了热量的利用率，有效降低了预热空气和燃气的能源消耗[26]。高温蓄热式燃烧技术（HTAC）最关键的装置是加热炉炉体外部的蓄热室，这是烟气余热回收的主要装置，通过位于其上部的换向系统和供风、排烟系统协同作用，完成烟气余热回收过程。蓄热室是一个填满蜂窝状蓄热体的室状空间，同时蓄热室也是烟气和空气进入炉体内部的必经通道，在烟气或空气经过蓄热室时，完成热量的传递过程，起到预热助燃降耗的作用。其工作原理如图2-2和图2-3所示，分别为a侧烧嘴燃烧b侧蓄热时的工作状态和b侧烧嘴燃烧a侧蓄热的工作状态[27-29]。图2-2蓄热式加热炉工作原理(a侧烧嘴燃烧)如图2-2所示，蓄热式烧嘴一般是成对存在，对称安装在炉体的两侧，每个烧嘴均配备有一个蓄热室和一个双关三通换向阀，并通过换向阀的周期性换向动作来完成对烟气热量的回收和对空气预热的任务。当图2-2中的双关三通换向阀a发生动作后，打开空气通道的同时关闭了烟气通道，常温状态的助燃空气从空气通道流经换向阀a进入加热炉左侧蓄热室，在蓄热室内常温助燃空气被处于高温状态的蜂窝状蓄热体预热后进入烧嘴a燃烧；在此过程中双关三通换向阀b的烟气通道打开，空气通道关闭，使得炉膛内燃烧后的高温烟气从烧嘴b处排出。在高温烟气经过蓄
【参考文献】：
期刊论文
[1]加热炉内钢坯温度监测系统的开发及应用[J]. 侯东旭,吴海滨,陈新兵,葛军成,龚志翔,陈鸿旭. 冶金动力. 2019(07)
[2]炉膛高度对步进式轧钢加热炉性能的影响[J]. 李浩,戴方钦,丁翠娇,郭悦. 过程工程学报. 2018(03)
[3]加热炉形成钢坯氧化烧损的成因及措施[J]. 白龙飞. 工业炉. 2018(02)
[4]轧钢加热炉综合节能技术浅析[J]. 刘强,李卫东,徐春柏,马光宇. 冶金能源. 2016(04)
[5]热轧带钢厂边部加热涡流?温度场仿真分析[J]. 李宜伦,王泽济,杨仕友. 电工技术学报. 2013(S2)
[6]天然气富氧燃烧的温度场模拟及对钢坯加热过程的影响分析[J]. 刘燕燕,饶文涛,刘华飞. 宝钢技术. 2013(03)
[7]连铸坯在加热炉内的温度场数值模拟[J]. 许望炎,张金东. 塑性工程学报. 2012(04)
[8]加热炉内钢坯非稳态温度场模拟及“黑匣子”实验研究[J]. 李接锋,张敬奎,宋晓娜. 工业炉. 2011(05)
[9]减少钢坯烧损、优化加热工艺的研究[J]. 闫和平,闫磊. 工业加热. 2011(02)
[10]步进式加热炉板坯温度场数值模拟[J]. 冯亮花,刘坤,康小兵,蒋德阳. 辽宁科技大学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]蓄热式加热炉燃烧系统控制策略研究[D]. 杜卫达.河北科技大学 2019
[2]蓄热式加热炉先进控制策略研究及应用[D]. 孟俊.中国科学技术大学 2017
[3]步进式加热炉内钢坯传热分析及温度场数值计算[D]. 李瑶.华中科技大学 2016
[4]步进式加热炉内钢坯温度预测及燃烧优化[D]. 谢海萍.华中科技大学 2017
[5]加热炉内翻转钢坯的温度场模拟[D]. 曹亮亮.辽宁科技大学 2015
[6]基于模糊控制的双交叉限幅在加热炉温度控制中的应用[D]. 李玲.辽宁科技大学 2015
[7]步进式加热炉内重轨钢坯温度场与应力场的数值模拟[D]. 王良刚.内蒙古科技大学 2012
[8]加热炉内钢坯传热的数值模拟与优化的研究[D]. 王贤晖.华中科技大学 2012
[9]厚板加热炉钢坯三维温度场在线数模系统的研究与应用[D]. 黄亚飞.山东大学 2011
[10]蓄热式加热炉钢温建模方法研究[D]. 孙晓鹏.东北大学 2011
本文编号：3357946
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蓄热式步进底加热炉
7第2章加热炉及其加热工艺与材料概况2.1加热炉及其关键技术装置介绍加热炉是将所需热处理的物料或工件加热到一定温度的热工设备，其应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理等诸多行业领域。如图2-1所示是两种工业用钢坯加热炉。图2-1工业加热炉2.1.1加热炉的分类当前存在的工业用加热炉的类型繁多，针对其所加热的不同物料或工件的特点，应用的加热炉也不尽相同，所以对于当前存在的加热炉，一般有如下分类方式[20-24]：按照热量供给形式分为：微波加热炉、电阻加热炉、感应加热炉和燃料加热炉。按照余热回收方式分为：传统换热式加热炉和新型高效蓄热式加热炉。按照加热方式不同分为：周期式加热炉、连续式加热炉。其中周期式加热炉是指钢坯在加热炉炉膛内部固定不动进行加热的炉子，一般适用于加热特殊材质或尺寸极厚、单重巨大的有特殊尺寸要求的钢坯，但因其加热钢坯的能力有限，不常用于自动轧制生产线。连续式加热炉则是指钢坯在炉膛内以一定速度从炉温较低处向炉温较高处移动，其运动方向与炉膛内的高温炉气相反，当被加热至工艺要求温度时，便不断从炉内排出的加热炉。连续式加热炉是轧钢车间加热钢坯时应用最普遍的炉子，一般加热坯料温度都在900～1350℃左右，热处理时温度都在700～1150℃左右，本文所研究的就是连续式加热炉当中的一种步进底式加热炉。2.1.2蓄热燃烧技术上文已经讲述加热炉是钢铁工业最大的能耗设备之一，因为能耗大，温度高的
效蓄热材料来回收高温烟气中的热能，这些回收的热能将用于加热流经蓄热室的助燃空气和燃气，从而提高了热量的利用率，有效降低了预热空气和燃气的能源消耗[26]。高温蓄热式燃烧技术（HTAC）最关键的装置是加热炉炉体外部的蓄热室，这是烟气余热回收的主要装置，通过位于其上部的换向系统和供风、排烟系统协同作用，完成烟气余热回收过程。蓄热室是一个填满蜂窝状蓄热体的室状空间，同时蓄热室也是烟气和空气进入炉体内部的必经通道，在烟气或空气经过蓄热室时，完成热量的传递过程，起到预热助燃降耗的作用。其工作原理如图2-2和图2-3所示，分别为a侧烧嘴燃烧b侧蓄热时的工作状态和b侧烧嘴燃烧a侧蓄热的工作状态[27-29]。图2-2蓄热式加热炉工作原理(a侧烧嘴燃烧)如图2-2所示，蓄热式烧嘴一般是成对存在，对称安装在炉体的两侧，每个烧嘴均配备有一个蓄热室和一个双关三通换向阀，并通过换向阀的周期性换向动作来完成对烟气热量的回收和对空气预热的任务。当图2-2中的双关三通换向阀a发生动作后，打开空气通道的同时关闭了烟气通道，常温状态的助燃空气从空气通道流经换向阀a进入加热炉左侧蓄热室，在蓄热室内常温助燃空气被处于高温状态的蜂窝状蓄热体预热后进入烧嘴a燃烧；在此过程中双关三通换向阀b的烟气通道打开，空气通道关闭，使得炉膛内燃烧后的高温烟气从烧嘴b处排出。在高温烟气经过蓄
【参考文献】：
期刊论文
[1]加热炉内钢坯温度监测系统的开发及应用[J]. 侯东旭,吴海滨,陈新兵,葛军成,龚志翔,陈鸿旭. 冶金动力. 2019(07)
[2]炉膛高度对步进式轧钢加热炉性能的影响[J]. 李浩,戴方钦,丁翠娇,郭悦. 过程工程学报. 2018(03)
[3]加热炉形成钢坯氧化烧损的成因及措施[J]. 白龙飞. 工业炉. 2018(02)
[4]轧钢加热炉综合节能技术浅析[J]. 刘强,李卫东,徐春柏,马光宇. 冶金能源. 2016(04)
[5]热轧带钢厂边部加热涡流?温度场仿真分析[J]. 李宜伦,王泽济,杨仕友. 电工技术学报. 2013(S2)
[6]天然气富氧燃烧的温度场模拟及对钢坯加热过程的影响分析[J]. 刘燕燕,饶文涛,刘华飞. 宝钢技术. 2013(03)
[7]连铸坯在加热炉内的温度场数值模拟[J]. 许望炎,张金东. 塑性工程学报. 2012(04)
[8]加热炉内钢坯非稳态温度场模拟及“黑匣子”实验研究[J]. 李接锋,张敬奎,宋晓娜. 工业炉. 2011(05)
[9]减少钢坯烧损、优化加热工艺的研究[J]. 闫和平,闫磊. 工业加热. 2011(02)
[10]步进式加热炉板坯温度场数值模拟[J]. 冯亮花,刘坤,康小兵,蒋德阳. 辽宁科技大学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]蓄热式加热炉燃烧系统控制策略研究[D]. 杜卫达.河北科技大学 2019
[2]蓄热式加热炉先进控制策略研究及应用[D]. 孟俊.中国科学技术大学 2017
[3]步进式加热炉内钢坯传热分析及温度场数值计算[D]. 李瑶.华中科技大学 2016
[4]步进式加热炉内钢坯温度预测及燃烧优化[D]. 谢海萍.华中科技大学 2017
[5]加热炉内翻转钢坯的温度场模拟[D]. 曹亮亮.辽宁科技大学 2015
[6]基于模糊控制的双交叉限幅在加热炉温度控制中的应用[D]. 李玲.辽宁科技大学 2015
[7]步进式加热炉内重轨钢坯温度场与应力场的数值模拟[D]. 王良刚.内蒙古科技大学 2012
[8]加热炉内钢坯传热的数值模拟与优化的研究[D]. 王贤晖.华中科技大学 2012
[9]厚板加热炉钢坯三维温度场在线数模系统的研究与应用[D]. 黄亚飞.山东大学 2011
[10]蓄热式加热炉钢温建模方法研究[D]. 孙晓鹏.东北大学 2011
本文编号：3357946
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3357946.html
