基于ANSYS的鞍钢退火炉底辊多场耦合分析及应用

发布时间：2020-03-26 10:43

【摘要】：本文所分析研究的退火炉底辊是鞍钢硅钢厂退火炉生产的重要支撑设备。原设计的炉底辊在运行过程中,炉底辊辊筒易因冷却循环水状态改变而发生弯曲,进而导致炉辊不能旋转,直接造成运送中的带钢表面产生划伤,不符合用户对产品表面质量的要求,造成了很大的影响。每年类似事故发生约435小时,严重制约了生产的顺行,所以对该炉底辊的研究意义非常大。通过对冷却水在通道入出口压力和流速的测量和理论计算分析,发现原设计炉底辊冷却水进出水通道结构相对复杂,导致了沿程压力损失较大,进而导致了冷却水在螺旋辊筒出口的压力和流速变化较大。为分析冷却水压力和流速对辊筒温度的影响,基于ANSYS/FLOTRAN的仿真计算,炉底辊辊筒的温度随冷却循环水的流域宽度增大而减小;炉底辊辊筒温度随冷却水压力的增大而减小,辊筒的温度下降速度随冷却水压力的升高而变快,冷却水的流速在螺旋辊筒导水叶片靠近进水轴头侧最低,是螺旋叶片断裂堵塞芯管的重要原因。为判断炉底辊变形的原因,通过在ANSYS软件建立炉底辊的三维热弹耦合有限元模型,得到了炉底辊工作过程中在热、外载荷、冷却循环水多场耦合作用下的温度分布。找出了炉底辊弯曲的直接原因是冷却水流通状态不好,导致辊筒温度急剧上升,进而导致炉底辊在弹性模量的急速降低,进而炉底辊发生高温蠕变的现象。为解决炉底辊的变形,借助ANSYS软件,以降低炉底辊辊筒的进出水通道压力损失为目标,对鞍钢硅钢退火炉底辊结构进行了优化,得到了最优解,改进后沿程压力损失降低了约91%。炉底辊进出水结构的优化,也减轻了炉底辊的质量。根据优化的参数,对退火炉底辊改进设计,建立了三维模型,提升了设计的效率和准确性。通过实践验证,改进后炉底辊的进出水通道压力损失与优化设计结论一致,验证了优化设计的结论,改进有效。改进后的水冷辊运行状态良好,满足生产连续性的需求。
【图文】：

其产品的应用非常广泛，典型应用产品如：电机的励磁线圈、变压器的铁芯等制造硅钢的工艺和质量，代表着这个国家高端钢产品的生产科技水平[1]。其直接用于能量转换，对能源的消耗有较大影响，为进一步适应全球面临的源供应紧张和气候变化的影响，很多国家、学者和企业在努力，研制生产能满足低能耗高效率要求的产品，我们国家也明确提出了将高效低耗的冷轧硅产品制造技术作为重要的优先发展项目[2]。图 1-1 冷轧包装后的硅钢卷

本课题来源于鞍钢硅钢生产现场攻关项目“退火炉水冷炉底辊的改进研究”。硅钢亦称作电工钢，被誉为钢铁产品中的“工艺品”， 如图1-1、1-2所示，，其产品的应用非常广泛，典型应用产品如：电机的励磁线圈、变压器的铁芯等。制造硅钢的工艺和质量，代表着这个国家高端钢产品的生产科技水平[1]。因其直接用于能量转换，对能源的消耗有较大影响，为进一步适应全球面临的能源供应紧张和气候变化的影响，很多国家、学者和企业在努力，研制生产能够满足低能耗高效率要求的产品，我们国家也明确提出了将高效低耗的冷轧硅钢产品制造技术作为重要的优先发展项目[2]。图 1-1 冷轧包装后的硅钢卷图 1-2 冷轧硅钢产品应用硅钢的生产是一项系统工程，包括炼铁、炼钢、热轧、冷轧等一系列的工艺过程如图 1-3 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG155.1

【参考文献】

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本文编号：2601332