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2024-10-29

  • 开始阅读文献《不锈钢连续退火炉模型化研究》

复现要点

  • 升降温模型
  • 炉内热过程
  • 炉内气温分布
  • 带钢表面温度分布
  • 炉围温度分布
  • 炉温求解模型

一句话描述：以某钢厂不锈钢连续退火炉为研究对象,基于能量平衡分别列出有关于炉气、 炉围、带钢的基本方程,组成非线性方程组,建立了不锈钢连续退火炉热过程三元模型,采用迭代法对炉气温度进行求解。

非线性方程！迭代法！最喜欢迭代法了（因为刚刚才复习过）

模型建立(11.2)

基本介绍

连续退火机组(CAPL, Continuous Annealing and Processing Line)是处理带材的热处理设备。其基本工艺特征是：带钢在辊道上匀速运行并被加热，炉内温度基本保持恒定。其作用是可以降低硬度，改善切削加工性能，消除残余应力，减少变形与裂纹，稳定尺寸，调整组织，细化晶粒，消除组织缺陷。

  • 过程：从冶金学角度看。退火可分回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。其中第二阶段再结晶用比较短的时间完成了，第三阶段晶粒长大要较长时间。为了得到非常软和深冲性能良好的带钢，第三阶段的晶粒长大必须充分进行，如果进行了再结晶，就可以保持一定程度的深冲性。由此观点出发，连续退火由于退火时间短，几乎是只有再结品的退火。而且由于快速加热再结晶核产生的频率大，所以再结晶晶粒细小。对于带钢再结晶来说，把带钢在600℃以上A,转变点以下停留的时间称为“有效均热时间”，此有效时间选在25秒以上为好。要达到预期的硬度，必须改变退火温度和这个有效均热时间的长短。其次，加热到退火温度的带钢冷却到常温时的冷却速度也影响带钢的机械性能和深冲性。

    • 图2-192是铁碳平衡图的一部分，a-Fe中固溶的碳量随温度而异，320℃附近快速冷却固溶碳不能完全析出，而以固溶状态冷却下来。在冷却过程中如果不充分析出，以后过饱和的碳从固溶体中析出时产生时效硬化。因此在320℃附近必须缓慢冷却使a-Fe中固溶碳得到充分的析出。从600℃冷到320℃所需的时间称为“有效冷却时间”，有效冷却时间在15~20秒较好。320℃以下a-Fe中固溶的碳量不随温度改变，不妨快速冷却。退火周期的典型例子如图2-193所示。

  • 组成：可分为三个部分：

1
2
3
graph LR
	预热段 --> 加热段
	加热段 --> 冷却段
  • 预热段：现代不锈钢连续退火炉将预热段、加热段合成整体形退火炉结构,将加热段燃料与助燃空气燃烧产生的烟气引入到预热段对带钢进行辐射和对流预热。
  • 加热段：加热方式主要有辐射管加热、直燃式加热、辊式加热、感应加热、盐浴加热、电阻加热、带钢直接通电加热、电子束加热、等离子流加热、 激光照射加热等等。其中直燃式加热的控制方式主要采用: 空气/燃气比例调节和开关烧嘴脉冲式燃烧。
  • 冷却段。冷却段通常可以采用风冷、雾冷等方式进行冷却。冷却介质流量可通过独立设置的开关控制，可满足不同钢种的冷却要求。

建模

退火数学模型是对退火炉的热过程进行数学描述，确定炉内热过程参数间的定量关系。此模型的计算基础是辐射换热研究。

  • 炉围：连续退火炉的炉顶、炉底、侧墙和端墙统称为炉围。
  • 助燃空气：通过助燃风机抽取，并通过预热段进行加热的热空气
  • 燃气：未经过加热的常温燃气
  • 烟气：燃气点燃后产生的尾气与未充分燃烧的燃气、空气的混合气体
  • 气氛：氢气、氮气或氢气氮气的混合气体，与带钢直接接触来防止其氧化
  • 马弗管：隔绝烟气与气氛的管腔

参数

  • 助燃风机风量（不考虑其他因素）——风量与加热能力曲线。 H2 N2 有脱碳效果，

参考值

  • 加热能力：H(x1,x2,x3,x4,...,xn)=H(x_1,x_2,x_3,x_4,...,x_n)=

过程

传热分析

子模型

模型求解

求解辐射能量传递方程是求解辐射场的基础

单位问题

1Mpa=1⋅106Nm2=1⋅Nmm2=1⋅kg⋅gmm2=1g⋅kgmm2=0.10203⋅kgmm21Mpa=\frac{1\cdot10^6 N}{m^2}=1 \cdot\frac{N}{mm^2}=1 \cdot\frac{kg\cdot g}{mm^2}=\frac{1}{g}\cdot\frac{kg}{mm^2}=0.10203\cdot\frac{kg}{mm^2}