《全氢炉退火过程钢卷温度场和应力场的耦合研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全氢炉退火过程钢卷温度场和应力场的耦合研究（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学硕士学位论文全氢炉退火过程钢卷温度场和应力场的耦合研究姓名：高伟申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：陆继东20080603华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘 要 随着国民经济的不断发展，冷轧钢卷的市场消费量也在不断增长，同时对钢卷的质量也提出了越来越高的要求。冷轧钢卷的层间粘结缺陷普遍存在于罩式退火炉退火工艺中，是长期困扰轧钢界的难题之一。 本文全面、系统地分析了钢卷层间发生粘结的原因，认为压力、温度和时间是产生粘结的三个主要因素。解决粘结问题，行之有效的办法是降低钢卷的层间压力。层间压力主要是退火过程中，不均
2、匀的温度场引起的热应力；而热应力的变化又会影响钢卷内部的传热，进而影响钢卷的温度场分布，两者之间存在相互影响的耦合关系。 本文在分析了全氢罩式退火炉退火工艺制度和传热过程的基础上，结合粘结产生机理和生产实际，建立了全氢炉退火过程钢卷温度场数学模型。并根据钢卷呈各向异性的力学特性，正确建立了钢卷退火过程二维热应力数学模型，确定了钢卷在每一工序的边界条件，并利用有限差分法，将应力方程、热弹性位移方程以及边界条件进行离散，得到了热弹性位移和应力有限差分方程。通过二维热应力模型与二维导热模型的耦合求解，分析研究了钢卷温度场和热应力场分布之间的相互影响。 研究结果表明，所建立的数学模型能够较好地反映退火
3、过程中钢卷的温度和热应力状况，对指导和优化钢卷退火工艺制度以及对退火热处理质量研究等具有一定的参考价值。 关键字：全氢炉 冷轧钢卷 粘结 耦合 温度场 热应力 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract With the development of the national economy, the consumption of the cold rolling steel coil is increasing continuously, which asks higher requirement for the qu
4、ality of the cold rolling steel coil simultaneity. The bonding defect of the cold rolling steel coil is universal in the bell type annealing technology. It is one of the long-term basis standing problems that puzzle the steel rolling researchers and engineers in all over the world. The origin of the
5、 cold strip coil cohesion was worked out systematically. The author thought that the pressure, temperature and time were the main causes. The most effective method is to reduce the pressure. The pressure is the thermal stress that arises from the uneven temperature field in the process of annealing.
6、 But the changes of the thermal stress effect the heat transfer and the distribution of the temperature field. There is a coupling relationship between the temperature field and the thermal stress. This paper analyzes the annealing process system and the heat transfer, and combined with the cause an
7、alysis of bonding defect and the production practice, on the basis of which the mathematical model of temperature field and thermal stress field are established. Heat transfer in different thermal processes, such as heating, heat preservation and cooling, is specified and analyzed in this thesis. Ac
8、cording to the coil mechanical character which is anisotropy, the anisotropic axisymmetric two-dimensional non-stable thermal stresss computation model is established accurately and the coil boundary condition in each working procedure is ascertained in this paper. Through finite difference method t
9、he stress equation, thermal elasticity displacement equation and boundary condition are discretized, then the thermal elasticity displacements finite difference equation and the stress finite difference equation are established. Coupling this thermal stress model and the two-dimensional conduction m
10、odel by the coil radial conduction coefficient and the radial compress coefficient, the distributions of stress and temperature were obtained. Then the effects on the distribution of temperature and thermal stress caused by the two coefficients are analyzed. The research makes out that the steel coi
11、l distribution of temperature and thermal stress may be reflected by the mathematical models of thermal stress and temperature pretty 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIIwell, which is helpful for the optimization of the coil annealing process in full-hydrogen annealing furnace. Keywo
12、rds: full-hydrogen annealing furnace, cold rolling steel coil, bonding defect, coupling, temperature field, thermal stress 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权
13、书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。不保 密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪论 冷轧薄板广泛应用于汽车制造、家用电器、建筑、轻工
14、、机械制造、电子、石油、石化、化工、农业及环保等行业，是非常重要的通用钢材。也是我国进口量最多的钢铁品种，产品供需矛盾尤为突出。 随着国民经济的不断发展，特别是相关行业产业结构调整和产品升级换代，冷轧薄板市场消费量不断增长，显示出其广阔的市场前景。随着冷轧钢板的品种和需求量的逐渐增加，对钢板的质量也提出了越来越高的要求，不仅要求板带材具有良好的力学性能，而且还应具有良好的表面质量。冷轧钢板的生产主要是经罩式退火炉退火，根据对产品质量的跟踪调查发现，在众多质量缺陷中，钢卷层与层之间的粘结缺陷是冷轧薄板在罩式炉退火工序中形成的重大质量问题。 1.1 罩式退火炉的发展历程 退火炉是冶金轧钢和机械制造
15、工厂热处理部门的最主要和最基本的设备，在炉内直接完成产品或工件的热处理工艺操作，对产品的质量和产量有很大的影响。由于退火工艺往往是最后工序，一旦处理的质量不高或报废，就会前功尽弃，因此，随着科学技术的飞速发展，对钢材或工件的质量要求不断提高，热处理工艺也日益显示出其重要地位。 冷轧板卷罩式退火炉炉型经过了从传统罩式炉到混氢强对流罩式炉再到全氢强对流高性能罩式炉等三种炉型的发展过程12。保护气体由全氢逐渐替代氮气、氮氢混合气体，提高了保护气体流动速度和传热率，缩短了退火时间，改善了产品内部质量和表面光洁度；使用橡胶密封、机械密封取代沙封；使用轻质节能的陶瓷纤维做炉衬；使用大功率循环风机强制对流，
16、气流流量大，高速循环；使用冷却罩强制冷却，缩短退火时间，提高了效率。全氢炉具有生产效率高；退火产品质量优；介质、能量消耗低等优点，是改善和提高冷轧产品特别是冷轧带钢表面质量的重要设备，在冷轧产品的生产中得到了普遍应用。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 21.2 课题提出 粘结缺陷是冷轧薄板在罩式退火炉退火工序中形成的重大质量问题。板带材由主轧机轧制离线后，经卷取机迅速卷成带卷，再经罩式退火炉高温退火。由于卷取张力所产生的层间压力和退火冷却阶段所产生的径向压应力相叠加，使得在高温状态下的带卷径向压应力过高，带卷的层与层之间将发生粘结。在进入平整机平整开卷时，粘结的卷层之间产生撕裂， 在带钢表面有横向亮条印迹或月牙状凹印簇集(俗称马蹄印)，严重时有明显凹凸感。这种表面缺陷会导致产品降级与报废，严重影响了成品率，给企业造成重大的经济损失。 钢板表面的粘结缺陷普遍存在于罩式炉退火工艺中，是长期困扰国际轧钢界的难题
