一种间歇式轧钢加热炉温度场的研究

钢坯由加热炉加热至轧制所需温度,加热过程中炉内的温度分布对最终钢材质量起决定性作用.以间歇式天然气轧钢加热炉为例,采用CFD(计算流体力学)方法分析加热炉内以及被加热钢坯内瞬态的三维温度场分布,用Fluent软件模拟了多种操作条件下的炉内温度分布,为提高加热炉工作效率提供了理论依据.模拟过程中考虑了更换钢坯时炉门开启引入的热损失.模拟结果可用来优化操作参数和提高出钢质量.     

钢坯加热的数值模拟

借助CFD仿真手段,模拟蓄热式加热炉内钢坯加热的实际状况,研究了钢坯长度、宽度方向上下表面和中心温度的温度分布,提出钢坯存在上下温差、四角边缘温度高和靠近出钢口钢坯温度低等问题。同时,研究了炉内不同厚度钢坯与加热时间的基本关系,比较了仿真计算结果与实际炉内加热时间,通过数值拟合,得出钢坯厚度与加热时间的拟合公式,可在生产实际中使用。上述研究结果可为加热炉钢坯加热制度的制定和优化提供依据。     

合金钢A517Q加热小变形下的应力应变模型

为了在有限元分析中精确计算钢坯加热过程中的应力分布情况,建立了描述A517Q钢不同温度下真应力真应变曲线的数学模型.将拉伸实验与膨胀实验所得数据结合处理,得到了不同温度下的机械应变对应的真应力曲线,排除了热膨胀与材料氧化的影响.建立该模型仅需5个关键参数,对于无明显屈服平台且应力随应变持续增长的应力应变曲线具有良好的描述精度.将通过处理A517Q钢拉伸实验数据获得的5个关键参数拟合为关于温度的函数,代入已建立的应力应变数学模型中,实现了对不同温度下材料力学性能的准确预测.将本模型植入有限元,模拟得到了钢坯加热过程中的应力分布,可为优化加热工艺提供参考.     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出:在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间。     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出:在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间。     

中间辐射体对加热炉内传热过程影响的数值模拟

针对黑体定向辐射技术节能的机理问题，以实验室规模具有中间辐射体的室状加热炉为研究对象，建立了具有中间辐射体的物理模型，以CFD商业计算软件Fluent建立平台计算黑体定向辐射条件下的气体流动、传热、燃烧的三维耦合数学模型，并根据实验结果对数学模型进行验证.研究结果表明:中间辐射体的加入改变了炉体燃烧室内的流动情况及炉墙对钢坯固体辐射的比表面积，分别从气体辐射及固体辐射角度增强了钢坯表面辐射换热强度，燃烧温度降低20K左右，钢坯加热速度提升16.7%，钢坯表面最高温度提升40K.加热效率的提升带来了更好的节能效果.     

步进梁式加热炉内布料间距的优化研究

采用辐射网络法推导了坯侧热流的有关表达式,分析了布料间距对加热时间以及炉子生产率的影响.在导出相对生产率解析表达式的基础上,采用求相对生产率极值的方法确定炉内坯料最佳间距,方法简单,便于实际应用.与前人的研究相比,本研究解除了料坯表面为黑体表面的假定,所以,导出的表达式更具一般意义.本研究成果对于钢坯或有色金属坯的步进梁式加热炉布料优化操作有参考价值.     

步进式加热炉内板坯温度场模拟分析

以某公司热轧带钢厂的三段步进式加热炉为研究对象,通过建立三维数学模型,运用ANSYS软件分析板坯在炉内加热过程中的温度分布,并研究炉内均热段的温度和保温时间及氧化铁皮厚度对板坯温度场的影响。结果表明,板坯加热后最高温度分布在板坯端面角部,最低温度位于板坯中心部位,在设定的加热制度下,板坯经炉内加热后,其出炉温度、断面温差分别为1273.48、12.91℃,板坯温度分布比较均匀,满足轧制要求;随着均热温度的下降,板坯的出炉温度随之降低,而断面温差变化较小;随着保温时间的缩短,板坯的出炉温度变化不大,而断面温差明显增大;随着板坯表面氧化铁皮厚度的增加,板坯中心部位的温度明显降低、断面温差明显增大;在设定的加热制度下,适当降低均热段的温度和缩短保温时间,并控制板坯表面氧化铁皮的厚度,有利于提高板坯加热质量和节能降耗。     

高棒车间加热制度的优化

本文主要通过分析钢坯在炉内氧化铁皮的形成机理,分析找出影响钢坯产生氧化烧损的主要因素,提出利用控制加热炉炉内气氛、降低加热炉的最高炉温和降低钢坯的加热时间等方法来减少钢坯在炉内的氧化烧损.结合高棒车间投产初期加热炉炉温控制所存在的问题,优化得到高棒车问的加热制度,并严格控制加热炉各段的空气过量系数,确实有效的降低高棒车间加热炉的氧化烧损.同时制定HRB500E加钒钢种的加热制度.     

送装工艺对板坯再加热过程奥氏体晶粒细化的影响

连铸坯下线至加热炉的温度制度及其表层组织演变与热送或粗轧裂纹密切相关.基于热模拟实验分析了送装工艺对奥氏体转变特征和再加热晶粒尺寸的影响.高温共聚焦激光扫描显微镜原位观察表明,含Nb J55钢在双相区700℃热装时,组织为晶界膜状先共析铁素体、魏氏体和大量残留奥氏体,再加热至1200℃,奥氏体晶粒大小、位置都不变;单相区600℃温装时,组织为大量铁素体+珠光体,再加热至1200℃时,奥氏体晶粒明显细化.马弗炉模拟SS400钢双相区不同热装温度发现,铁素体转变量至少达70%时才可细化再加热后的奥氏体晶粒.在临界转变量以上,基体中铁素体转变量越多晶粒细化程度越明显.     

热价值理论及其在加热炉节能中的应用

给出了预热助燃空(煤)气和热装时的热价值计算公式,比较加热炉的热工指标,指出热价值可以合理评价热能在加热炉中的有效利用状况.建立了炉内逆流换热模型,主要利用热价值理论研究了预热空(煤)气和热装对热价值的影响.结果表明:提高预热温度,热价值升高,且随着预热温度的进一步提高,热价值的增长率变小;热装可以使热价值升高,且热装温度越高,其热价值的增长率越大;设计时,当装料温度较高时应选择小的炉长,预热温度较高时应选择大的炉长.     

价值方程推导及其在节能评价中的应用

热价值理论主要用于评价能量的有效利用程度.在该理论的基础上,结合热力学第二定律,推导出了依附于冷体、热体的价值方程.以加热炉钢坯热装和空(煤)气预热的算例为例,计算了两种情况下依附于钢坯和炉气的热价值和价值.结果表明,价值和热价值均随钢坯热装温度、空(煤)气预热温度的提高而提高;依附于炉气的价值在炉内传热良好且烟气入炉温度达到1 700 K甚至更高时高于其热价值,说明此条件下量得到了比热量更好的利用程度.     

Hot deformation behavior of Super304H austenitic heat resistant steel

The hot compression tests of Super304H austenitic heat resistant steel were carried out at 800–1200℃ and 0.005–5 s-1 using a Gleeble 3500 thermal-mechanical simulator, and its deformation behavior was analyzed. The results show that the flow stress of Super304H steel decreases with the decrease of strain rate and the increase of deformation temperature; the hot deformation activation energy of the steel is 485 kJ/mol. The hot deformation equation and the relationship between the peak stress and the deformation temperature and strain rate is obtained. The softening caused by deformation heating cannot be neglected when both the deformation temperature and strain rate are higher.     

半连续铸造Al-15Si合金热压缩变形流变应力行为

采用Gleeble-1500D热模拟机进行高温等温压缩试验,研究了半连续铸造Al-15Si铝合金在变形温度为300~500℃,应变速率为0.001~5 s-1条件下的流变应力行为.结果表明,在试验温度范围内,此合金的流变应力随变形温度的升高,应变速率的降低而降低,说明该合金属于正应变速率敏感性材料;可采用Zener-Hollomon参数双曲正弦形式来描述Al-15Si合金高温塑性变形时的流变应力行为;σ解析表达式中材料常数A,α,n值分别为2.07×1012s-1,0.026 MPa-1,4.61,Al-15Si合金的平均热变形激活能Q为180.96 kJ/mol.     

汽车用钢连铸坯的高温力学性能

运用经典热模拟的方法研究石钢电炉生产汽车用钢的连铸坯高温力学性能,获得了五个钢种热塑性曲线和强度曲线.针对不同方向铸坯取样的结果与其他研究结果作了对比.运用扫描电镜对试样拉断后的断口形貌进行观察,得出了相应钢在各温度区域的断裂机理.讨论了连铸坯质量与高温力学性能的关系.     

Ti62421s钛合金的热变形行为及加工图

在变形温度为900～1060℃和应变速率为0.001～10s-1条件下,对Ti62421s合金进行变形量为60％的热压缩变形,以研究Ti62421s合金的热压缩流变应力行为.研究温度与应变速率对Ti62421s热变形流变应力的影响,建立Ti62421s合金热变形流变应力的本构方程和加工图.研究结果表明:合金在热压缩过程中,流变应力随着应变的增大而增加,达到峰值应力后逐渐趋于平稳:当在高应变速率(10s-1)下变形时,出现不连续屈服现象:应力峰值随应变速率的增大而增大,随温度的升高而呈减小趋势:合金最佳变形工艺参数为:温度θ=980℃,应变速率(ε)=0.01～0.1s-1.     

Hot compression deformation behavior of AISI 321 austenitic stainless steel

The hot compression behavior of AISI 321 austenitic stainless steel was studied at the temperatures of 950–1100℃ and the strain rates of 0.01–1 s?1 using a Baehr DIL-805 deformation dilatometer. The hot deformation equations and the relationship between hot deformation parameters were obtained. It is found that strain rate and deformation temperature significantly influence the flow stress behavior of the steel. The work hardening rate and the peak value of flow stress increase with the decrease of deformation temperature and the increase of strain rate. In addition, the activation energy of deformation (Q) is calculated as 433.343 kJ/mol. The microstructural evolution during deformation indicates that, at the temperature of 950℃ and the strain rate of 0.01 s?1, small circle-like precipitates form along grain boundaries; but at the temperatures above 950℃, the dissolution of such precipitates occurs. Energy-dispersive X-ray analyses indicate that the precipitates are complex carbides of Cr, Fe, Mn, Ni, and Ti.     

热挤压模具热力耦合三维数值分析

根据热挤压模具的工作特点,基于热弹性力学和有限应变理论,建立了三维热力耦合弹塑性有限元方程.用该方程研究方管铝型材平面分流组合模的三维数值分析,在确定边界条件和计算挤压力的基础上,通过合理设计单元类型,计算了模具在挤压过程中的温度场和应力场.通过分析模具应力,发现在模桥与模芯相接处有较大的应力集中,与出现裂纹的位置相吻合,说明应力集中是模具桥裂的主要原因之一.     

Mg97Y2Zn1合金高温热压缩流动行为

通过Gleeble 3500型热模拟机研究了Mg₉₇Y₂Zn₁镁合金在热变形过程中流变应力与变形温度和应变速率等之间的关系,并建立了相应的流变应力模型.结果表明：在所采用的试验条件下,Mg₉₇Y₂Zn₁合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而提高;Mg₉₇Y₂Zn₁合金的流动应力应变行为可用Zener Hollomon参数表示;Mg₉₇Y₂Zn₁合金在高温塑性变形过程中的平均变形激活能为137.277 kJ/mol.     

1215钢动态应力-应变行为

系统研究了1215钢的热变形行为,分析了应变、应变速度和温度对钢的流变应力的影响规律.通过热模拟实验,研究分析了不同的应变速率和应变温度条件下1215钢的应力-应变曲线.以实验数据为基础,以Johnson-Cook本构模型为依据,讨论了拟合分析Johnson-Cook方程参数的方法.通过实验数据的拟合分析,得到了表达1215钢流变应力随应变、应变速度和形变温度的数学方程,为研究1215钢的动态应力-应变行为提供了基础.研究工作表明,理论计算与实验数据得到了较好的吻合.