辊底式加热炉输送辊结构优化设计

发布时间：2020-05-13 17:35

【摘要】：辊底式加热炉是钢铁厂非常重要的钢材加热设备，炉底辊的主要工作是在高温环境中运送钢坯，是辊底式加热炉的重要组成部分，它是辊底式加热炉能正常工作的关键部件。使用计算机模拟软件FLUENT和workbench对炉底辊运送钢坯过程中辊内冷却水的流场、温度场和辊身温度进行模拟研究，从而优化炉底辊结构，减轻其重量，对节约辊底炉的生产成本有非常重要的意义。首先，论述辊底式加热炉炉底辊结构优化课题的研究背景，介绍炉底辊的结构和冷却水的特点及作用，分析国内外对炉辊的研究现状和今后主要的研究方向,同时对研究本课题将会用到的软件进行了简单的介绍。其次，以某单位用于钢管加热的辊底式加热炉炉底辊为研究对象，编写优化函数，利用MATLAB优化工具箱对炉底辊进行优化，得出一组合理的辊径和壁厚值，为之后的模拟奠定基础。然后，用数学的方法对冷却水的湍流模型、炉底辊和冷却水的传热理论进行了阐释，，确定炉底辊温度场仿真分析所需要的传热学方程及边界条件。利用workbench软件建立炉底辊的几何模型，明确炉底辊辊径和壁厚的数值。依据流场分析的结果，结合流体的能量控制方程，利用FLUENT软件分别对直接水冷辊和间接水冷辊的冷却水以及炉底辊的温度场进行模拟分析，得出能维持辊身温度分布均匀的辊子直径和冷却水流速，为进一步的优化设计打好了基础。最后，在满足辊身温度的前提下，进一步改进炉底辊结构，通过增加支承辊的方式抵抗其挠曲变形，并验证该结构的可行性，最终达到提高炉底辊使用寿命，节约制造成本的目的。
【图文】：

炉辊,钢坯,温度强度,辊底式加热炉

底式加热炉概述底式加热炉是钢铁厂非常重要的钢材加热设备，图 1.1 为其工作状态，主要送并加热材料，沿着辊底炉全部炉长每隔一定距离需要加装一根辊底炉,钢辊上面进行输送,在炉底辊上面和下面的炉膛内都可以布置烧嘴对辊子进行常情况下炉底辊有环形辊和平辊两种,环形辊只能用于板材的加热,平辊可用管材、型钢和棒材的加热。炉底辊外层的辊套一般用耐热钢制成，有的辊子硅材料制作。对于温度较高的炉子(1000～1250℃)通常采用全水冷的炉辊或绝热内衬的耐热钢炉辊。在高温下输送热处理材料的辊子必须不停地旋转，烧或不出料时，为了防止炉辊弯曲，也要低速以每分钟 0.5～1.5 周的转速动。辊底式炉因物料两面受热，加热较快、较均匀，广泛应用于钢坯常化、火、回火等热处理工艺中。

炉辊,炉底辊

图 1.2 炉辊结构是辊底式加热炉的重要部件，它的工作状况是加热炉能否进行正常生产之一，由于辊身采用耐热合金材料制造，造价很高，而一座炉子所需的，因此通过对炉底辊进行合理设计对降低贵重金属消耗量具有重要意辊的发展与现状式加热炉的造价很高，投资比较大，主要原因是核心部件的价格昂贵。辊的价值在十万元左右，以一台炉长 60m，辊间距 0.6m 的加热炉为例投入就要以千万元计，因此很大程度上限制了这种炉底辊的大范围使上世纪六十年代开始，我们国家一些知名的小型和中型的钢厂已经陆陆底辊进行改革，目的就是为了降低镍铬合金的使用量，延长炉底辊的使工业成本。，被广泛使用的炉底辊都是使用高镍铬耐热钢通过离心浇筑成空腹的
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF302

【参考文献】