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加热炉内钢坯传热的数值模拟与优化的研究

王贤晖  
【摘要】:钢铁材料是国民经济发展与国防军工的重要基础原料。钢铁产业的发展水平也是衡量一个国家工业化水平的主要标志之一。加热炉是钢坯轧制前的加热设备。在钢坯轧制工艺中,钢坯的加热质量关系到轧机生产的顺利进行。钢坯加热的好坏,取决于钢坯的出炉温度及加热过程中的钢坯表面与中心温度差能否达到工艺要求。同时,加热炉是钢铁行业中的耗能大户,占钢铁生产总耗能的10%至15%。加热炉的能耗水平也直接关系到钢铁生产的成本。因此,在钢坯满足加热工艺的同时降低加热炉的能耗是轧钢工艺中节能的主要方向。 钢坯在加热炉的加热过程,主要是通过炉内烟气与钢坯表面的对流换热与炉膛对钢坯的热辐射进行,同时,炉内支撑钢坯移动的水冷梁会在钢坯与梁的接触处带走一部分热量。本文应用fluent商业软件,通过建立步进式加热炉流动与辐射换热的数学模型,对加热过程中钢坯表面的传热系数进行的有关传热学数值分析,对钢坯加热过程中对流换热与热辐射两者因素的影响做了对比。 本文以武钢热轧厂四号加热炉为例,建立加热炉物理模型,通过对加热炉的炉顶、炉侧内壁温度与钢坯出炉瞬间温度跟踪测量,对各加热段煤气、空气流量与压力测量,以钢坯受热过程为主要研究对象,确定钢坯在加热炉内加热过程的对流换热系数与辐射角系数,建立数学模型,进行数值计算,得到加热过程钢坯内部的二维等温曲线,钢坯表面温度、断面温度与中心温度差等。对优化加热炉的炉温控制提供了重要的依据。


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