全氢罩式退火炉保护气体流动特性的研究

发布时间：2022-07-11 12:31

　　我国冷轧薄板的生产能力已达到年产量3277.3万吨,居世界第一。全氢罩式退火炉是带钢退火处理的关键设备。实际生产中,钢卷存在力学性能和表面质量的问题,其主要原因是退火工艺不尽合理,影响退火工艺的主要因素是流场和温度场。因此,本文在前人研究成果的基础上,开展了全氢罩式炉内罩内保护气体的流动特性及传热的研究,为改善冷轧钢卷罩式炉退火质量提供依据。首先,本文通过相似原理设计并搭建了与生产现场罩式炉为1:5比例的全氢罩式炉冷态实验台并对其数值模拟计算,采用颗粒图像测速技术（PIV）对罩式炉模型冷态流场进行环缝通道的测试,并通过空气动力探针和热线式风速仪完成压力和速度的测试,进而验证数值模拟的准确性。结果表明,在钢卷外侧环缝通道中,各点流速的探针测量值与数值模拟值,平均相对误差为10.1%;比较PIV实验值与数值模拟值,平均相对误差为12.9%,误差均在允许范围内;在钢卷芯部通道中,各点流速的热线测量值与数值模拟值,平均相对误差为8.68%,误差在允许范围之内,验证了模拟的准确性。然后,以国内某钢铁企业冷轧厂的实际生产设备为原型,采用数值模拟的方法,对罩式炉原型保护气体流动状态进行了研究,分析了... 

【文章页数】：109 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 冷轧带钢退火与罩式炉的发展
        1.2.1 冷轧钢卷的退火热处理工艺
        1.2.2 退火热处理工艺要求
        1.2.3 罩式退火炉的发展
    1.3 国内外全氢罩式退火炉的研究现状
        1.3.1 罩式炉退火过程钢卷加热缺陷的研究
        1.3.2 罩式炉基本结构设计与研究
        1.3.3 钢卷径向导热系数研究
        1.3.4 罩式炉内钢卷传热模型的研究
        1.3.5 罩式炉保护气体流场研究
        1.3.6 罩式炉研究进展小结
    1.4 本文的研究内容、思路与创新点
        1.4.1 研究内容与思路
        1.4.2 创新点
第二章 全氢罩式炉退火过程分析及数值模拟理论基础
    2.1 全氢罩式炉的基本结构
    2.2 全氢罩式炉的退火工艺过程
    2.3 全氢罩式炉传热过程分析
    2.4 建立数学模型的控制方程
    2.5 本章小结
第三章 全氢罩式炉实验台数值模拟与冷态流场实验研究
    3.1 流场测试技术的发展
    3.2 PIV测量技术
        3.2.1 PIV测量的基本原理
        3.2.2 PIV测试系统的组成
        3.2.3 示踪粒子的选取及投放装置
        3.2.4 片光源及相机的布置
        3.2.5 图像曝光时间间隔的设定
    3.3 实验系统的设计与搭建
        3.3.1 模型相似化处理
        3.3.2 实验平台的搭建
    3.4 实验台的数值模拟
        3.4.1 模型计算过程
        3.4.2 数值模拟计算结果
    3.5 PIV冷态实验过程
        3.5.1 拍摄区域的选择
        3.5.2 实验步骤
    3.6 PIV测量结果
    3.7 运用空气动力探针和热线仪的压力及流速测试
        3.7.1 实验设计与准备
        3.7.2 实验测试数据
    3.8 数值模拟结果与实验结果对比分析
    3.9 本章小结
第四章 全氢罩式炉的冷态数值模拟
    4.1 现场全氢罩式炉流场冷态模拟
        4.1.1 物理模型的建立
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 边界条件的确定
        4.1.4 模拟结果及分析
    4.2 两种不同扩散器结构对保护气体流动的影响
        4.2.1 沿罩式炉高度方向上的流速分布
        4.2.2 沿罩式炉高度方向上的压力分布
        4.2.3 两种不同扩散器结构的综合比较
    4.3 两种不同对流板结构对保护气体流动的影响
        4.3.1 沿罩式炉高度方向上的流速分布
        4.3.2 炉内保护气体的压力分布及气体流量分配
    4.4 新型对流板的设计与模拟
        4.4.1 对流板芯部通道增加导流翼
        4.4.2 保护气体的流速分布
        4.4.3 炉内保护气体的流量分配
    4.5 本章小结
第五章 动网格应用于全氢罩式炉的数值模拟
    5.1 动网格技术应用原理的介绍
        5.1.1 罩式炉循环风机的工作原理
        5.1.2 动网格原理
    5.2 全氢罩式炉几何模型的建立和网格划分
        5.2.1 几何模型的建立
        5.2.2 网格划分
        5.2.3 边界条件的确定
    5.3 冷态模拟计算结果及讨论
        5.3.1 罩式炉内罩内保护气体流场状态
        5.3.2 罩式炉内罩内保护气体各部位流量分配
    5.4 全氢罩式炉的热态模拟
        5.4.1 物性参数的选取
        5.4.2 选择求解器和模型
        5.4.3 设置参数和初始化
        5.4.4 热态模拟计算结果与分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在校研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]罩式退火炉热过程数学模型与实验验证[J]. 杨培培,温治,豆瑞锋.  中南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[2]冷轧全氢罩式炉退火工艺优化实践[J]. 朱大军.  四川冶金. 2014(06)
[3]全氢炉氢气角度对内罩中气流影响的数值模拟[J]. 方顺利,黄素逸,靳世平,倪志荣.  工业加热. 2013(01)
[4]罩式退火炉炉台密封圈的有限元分析[J]. 祁卫东,宋锦春.  重型机械. 2012(06)
[5]罩式退火炉炉内气体流场的仿真研究[J]. 祁卫东,宋锦春.  冶金设备. 2012(03)
[6]全氢炉在线退火性能评估及诊断仿真平台开发[J]. 李卫杰,陆继东,张向,阮新建,陈旭耀.  系统仿真学报. 2011(03)
[7]纯铁带钢退火后表面碳黑和氧化色的防止[J]. 谢振亚.  轧钢. 2011(01)
[8]CSP冷轧基板罩式炉退火粘结研究[J]. 刘文.  甘肃冶金. 2010(05)
[9]《工业炉设计手册》[J].   热能动力工程. 2010(04)
[10]国产不锈钢全氢罩式退火炉的关键技术及实现[J]. 叶乃威,孙朝阳,娄奇袭.  工业炉. 2010(02)

博士论文
[1]全氢罩式炉退火工艺设备的仿真与优化[D]. 方顺利.华中科技大学 2012
[2]全氢炉退火过程在线优化控制及退火性能评估诊断策略研究[D]. 李卫杰.华中科技大学 2009

硕士论文
[1]采空区渗流综合模拟实验台研究[D]. 王银辉.辽宁工程技术大学 2014
[2]全氢罩式退火炉热过程模型研究[D]. 雷薇.东北大学 2013
[3]基于MATLAB全氢罩式炉退火热过程的仿真研究[D]. 池中源.东北大学 2012
[4]全氢罩式炉料室空间流动特性研究[D]. 黄文文.华中科技大学 2011
[5]全氢罩式退火炉的模型研究[D]. 任冬.东北大学 2008



本文编号：3658168