钢管在光亮退火炉中在线加热研究

分析了钢管在光亮退火炉中加热时的对流传热,通过建立加热过程的数学模型,研究了钢种、钢管尺寸、生产率对钢管加热过程的影响。对钢管加热过程的模拟发现,钢管的直径对其在光亮退火炉中的加热过程的影响较小,钢管壁厚、钢种及钢管在炉内的运行速度是影响加热过程的主要参数。     

高炉铸钢冷却壁温度场的数值模拟

建立了高炉铸钢冷却壁的有限元模型,确定了冷却壁温度场模拟的初始条件和边界条件。利用有限元软件ANSYS作为分析工具,在不同炉气温度和不同冷却水速的条件下,对铸钢冷却壁的温度场进行模拟。结果表明:冷却水速为1.5 m/s时,铸钢冷却壁在800℃时热面温度为377.1℃,冷热面温差为193.4℃;1 200℃工作条件下,热面温度为557.4℃,冷热面温差为294.7℃。冷却水速为3.0 m/s时,铸钢冷却壁在800℃时热面温度为332.3℃,冷热面温差为208.9℃;1 200℃工作条件下,热面温度为489.4℃,冷热面温差为317.4℃。炉气温度对铸钢冷却壁热面温度和冷热面温度差影响要较冷却水流速大得多。提高冷却水流速虽可降低热面温度,但同时增加了冷热面温差和冷却壁的热应力,对冷却壁的寿命有不利影响。     

径向加热与侧喷加热铝材退火炉内流场与温度场数值模拟研究

针对现有径向加热铝材退火炉所采用的径向对流换热方式造成铝卷退火效率低,铝卷表面与内部温差大的缺点,采用轴向对流换热的方式,设计出侧喷加热铝材退火炉。利用CFD软件FLUENT,采用标准K-ε模型,对径向加热与侧喷加热铝材退火炉内气体流动和传热问题进行了数值模拟研究,得到了炉内流场与温度场分布特征。结果表明,侧喷加热铝材退火炉内气体流动顺畅、对流换热均匀性好、炉温升速快,且温差控制在±1℃内,满足退火工艺对炉温均匀性的要求,为侧喷加热铝材退火炉的设计与研究提供了理论基础。     

立式退火炉张力设定模型及应用

带钢在立式退火炉内发生瓢曲、跑偏的临界张力与炉辊凸度、带钢规格都存在一定关系,但缺乏合理的定量分析方法,难以科学制定不同规格、不同钢种带钢的炉内单位张力。通过引入瓢曲风险因子BRI,可以定量地分析炉内板带瓢曲风险,从而确定冷硬板带炉内张力设定上限,即板带发生热瓢曲的临界张力σC,为连退炉加热段和冷却段的张力控制提供依据。采用该方法对连退炉加热、冷却区的张力进行了优化,应用结果表明,优化后的张力值与实测值更加吻合。     

立式退火炉张力设定模型及应用

带钢在立式退火炉内发生瓢曲、跑偏的临界张力与炉辊凸度、带钢规格都存在一定关系，但缺乏合理的定量分析方法，难以科学制定不同规格、不同钢种带钢的炉内单位张力。通过引入瓢曲风险因子BRI，可以定量地分析炉内板带瓢曲风险，从而确定冷硬板带炉内张力设定上限，即板带发生热瓢曲的临界张力σC，为连退炉加热段和冷却段的张力控制提供依据。采用该方法对连退炉加热、冷却区的张力进行了优化，应用结果表明，优化后的张力值与实测值更加吻合。     

侧喷加热退火炉内铝卷温度场的仿真研究

针对径向加热退火炉内传热效率低的问题,分析了炉内铝卷的传热过程,提出了侧喷加热的改进方法.利用ANSYS软件,对径向加热和侧喷加热退火炉内铝卷的温度场进行对比仿真.仿真结果表明,与传统的径向加热退火炉相比,在同样边界条件下,侧喷加热方式下铝卷的温度场分布更均匀,退火结束时,卷内温差只有0.6℃,有利于提高铝卷的退火质量;在同一时刻铝卷芯部的温度要比传统径向加热时高30℃左右,且整个铝卷的退火周期缩短了4h,从而提高了铝卷退火效率.     

钢管光亮退火炉数学模型的建立与应用

以钢管光亮退火炉为研究对象，建立了钢管加热、冷却过程的数学模型，采用理论分析、数值仿真等方法研究分析钢管加热、冷却过程与炉膛的传热机理，开发出钢管光亮退火炉模型控制系统，并根据现场生产检测数据对模型进行了验证。结果表明，该模型计算精度较高，在线控制系统运行稳定，可满足实际生产的要求，并取得了很好的控制效果。应用该模型，有利于提高钢管光亮退火炉的加热质量，缩短加热时间，提高钢管产量。     

加热炉氧化烧损研究及改进措施

氧化烧损是热连轧机组加热炉工艺过程中影响成材率的重要因素,研究了钢坯加热过程中钢种、加热温度、加热时间、炉内气氛对氧化烧损率的影响,并提出相应的改进措施。结果表明：钢中的碳可有效抑制钢坯被氧化;氧化烧损率随着加热温度的升高和加热时间的延长而增加;炉内气氛的氧化性越强,氧化烧损率越大。通过优化加热时间和加热温度、减少冷热坯混装、合理控制炉内气氛以及加强加热炉设备密封性等措施,可有效降低加热炉的氧化烧损量。     

轧后钢管冷却过程中厚度方向温度变化规律

采用有限单元法对钢管外壁射流冷却方式下厚度方向温度变化的规律进行了研究。研究结果表明:采用优化控制冷却策略和冷却强度能够实现壁厚20 mm以下钢管的全面冷却,满足钢管工艺需要;壁厚小于20mm的钢管,当传热系数为2 000 W/(m~2·℃)时,采用连续冷却方式内、外表面与厚度中心最大温差小于250℃;当传热系数为3 000 W/(m~2·℃)时,与连续冷却方式相比,采用水冷和空冷循环进行的间隔型冷却方式使钢管内、外表面与厚度中心最大温差进一步减小。     

30CrMnSiNi2A钢轴类零件感应热处理的数值模拟

利用Comsol软件对30CrMnSiNi2A钢的感应回火进行了模拟,利用控制变量法研究了感应加热过程中电源频率、电流以及线圈的结构和尺寸参数对工件内部温度均匀性的影响。结果表明,电流强度和电源频率越大,工件在感应加热过程中的升温速率越大,最终平衡温度越高,但其径向/轴向温差越大。线圈的匝数越多,工件的升温速率和径向/轴向温差越大,最终平衡温度越高。线圈半径的变化仅会对工件端部的升温速率产生影响,线圈半径越小,工件端部的升温速率越快,轴向温差越小。线圈截面外径和壁厚的变化对工件感应加热过程中的温度场没有影响。根据模拟结果的对比分析,提出了一种采用分段加热法与增设导磁体相结合的方法,对感应回火系统进行了优化。通过优化设计可使工件在感应加热过程中的径向温差基本消除,使轴向温差小于10℃。     

流体机械钢管加工工艺研究

研究了拔制变形量和不同热处理条件对流体机械钢管力学性能和微观组织的影响,并对比分析了随炉冷却和空冷方式下钢管的断口形貌。结果表明,随着拔制变形量的增加,钢管的抗拉强度、屈服强度和显微硬度不断增加。随炉冷却方式下,随着热处理温度的升高,钢管的抗拉强度、屈服强度和硬度呈现先增加而后降低的趋势,在热处理温度为880℃时取得最大值。空冷方式下,随着热处理温度的升高,钢管的抗拉强度、屈服强度和硬度逐渐增加。相同热处理温度下,经过空冷后的钢管的抗拉强度、屈服强度和显微硬度明显更高,但是断后伸长率明显低于随炉冷却的钢管。     

热送热装工艺的数值模拟

为了研究热送热装工艺过程中铸坯的温度变化和热量得失,优化现场生产制度,以某钢厂的热送热装工艺为依据,利用有限元法建立了倒角坯冷却凝固、辊道运输和在炉加热的二维传热模型,并结合现场测温验证了模型的正确性。结果表明,铸坯在热送过程中会形成角部温度最低、窄面次之、芯部温度最高的类椭圆形温度分布;在炉加热过程中低温区域会由角部逐渐向芯部移动,会逐渐形成角部温度最高、芯部温度最低的类椭圆形分布。在炉加热时,铸坯在加热一段吸热量最大,约占总吸热量的52.01%,对加热影响最大;其次为加热二段,所占比例为35.26%,预热段和均热段吸热量较小。通过对热送热装工艺的数值模拟研究,发现现有工艺存在铸坯在炉加热时间过长的问题,现有工艺下铸坯进入均热段368 s即可出炉,可以通过调节生产节奏或降低炉温的方式,提高产量或降低加热炉能耗。     

热连轧铝温度场数值模拟及工艺参数影响分析

采用二维交替差分法建立了铝热连轧轧件温度计算模型,同时采用粒子群算法对模型参数进行了优化。经验证,优化后模型的计算精度在10℃以内;利用建立的温度模型研究了铝板带在热轧生产过程中的温度场变化规律,并分析了工艺参数对轧件终轧温度场的影响。研究结果表明,粗轧区轧件温度分布主要由接触导热与轧件内部的热生成两者共同决定,而精轧区还要受到乳液喷淋的影响;轧制速度越大,轧件终轧温度越高,横向温差越大;处于相同机架间的冷却集管的冷却能力几乎相同,而处于不同机架间的冷却集管,随着机架数的增加,冷却能力增强,横向温差随着开启度的增大而减小;轧件宽度对轧件终轧温度的影响很小,而横向温差随轧件宽度的增大而增大;随着乳化液温度的升高,轧件终轧温度升高,而乳化液温度对轧件横向温差没有影响。     

某新建辊底式光亮炉的技术特点及进步

按照某公司钢管大直径、厚壁、高合金的特点以及其对热处理的工艺要求,确定了辊底式光亮炉设计技术方案:增加了前后真空室以防止厚壁钢管长时间加热而造成的表面氧化,采用钢管加热、冷却控制计算模型及节拍式热处理运行模式,以满足厚壁钢管在正火炉中加热均匀及冷却均匀。生产实践证明:新建的辊底式光亮炉运行平稳,生产的高压锅炉管组织均匀、性能合格稳定,可为同类热处理机组的建设提供借鉴。     

一种新型带钢连续还原退火炉

介绍了一种新型带钢连续还原退火炉,其适用于热轧带钢的还原除鳞和冷轧带钢的退火处理。该连续还原退火炉由加热还原段炉体、冷却段炉体和炉体间连接通道组成。加热还原段炉体及冷却段炉体均呈“回”字型结构,带钢在炉膛内回转走行,弯曲曲率小,不易跑偏。该炉结构简单、占地面积小、储料能力强、建设成本低、产品表面质量高,并且能同时满足金属带钢的还原除鳞和退火处理,和传统的退火炉相比具有显著的优势。     

基于φ69 mm腔体温度场数值模拟的高品级金刚石合成工艺优化

采用有限元软件Ansys对HJ-1 000型六面顶压机φ69 mm金刚石合成腔体进行了间接加热温度场的分析,在数值模拟的基础上,对合成过程中的温度和压力进行了优化,并通过优化得到了温度压力动态匹配的合成工艺.对合成柱中的温度进行了计算并做成温度云图,结果表明:合成柱中的温度在加热过程中基本保持石墨管处温度最高,直到开始断电冷却,石墨管处的温度下降较快,使得在合成柱中心点处的温度最高,径向温差小于30℃,具备了温度压力相匹配的合成优质高品级金刚石的生长环境.这主要是因为合成腔体较大和优化的加热工艺有关.最后采用优化的金刚石合成工艺,获得了粒径600～650 μm高品级金刚石.     

基于ф69mm腔体温度场数值模拟的高品级金刚石合成工艺优化

采用有限元软件Ansys对HJ-1 000型六面顶压机ф69 mm金刚石合成腔体进行了间接加热温度场的分析,在数值模拟的基础上,对合成过程中的温度和压力进行了优化,并通过优化得到了温度压力动态匹配的合成工艺。对合成柱中的温度进行了计算并做成温度云图,结果表明:合成柱中的温度在加热过程中基本保持石墨管处温度最高,直到开始断电冷却,石墨管处的温度下降较快,使得在合成柱中心点处的温度最高,径向温差小于30℃,具备了温度压力相匹配的合成优质高品级金刚石的生长环境。这主要是因为合成腔体较大和优化的加热工艺有关。最后采用优化的金刚石合成工艺,获得了粒径600~650μm高品级金刚石。     

双金属复合无缝钢管冷轧成型过程的数值研究

采用非线性有限元法对不锈钢/碳钢双金属复合钢管的冷轧成型过程进行了数值模拟,得到了钢管在整个冷轧成型过程包括稳定轧制阶段和钢管冷轧脱模以后的位移场和应力应变场。计算结果显示,冷轧成型过程的应力分布十分复杂,在环向没有对称性。本文根据计算结果绘制了钢管的径向、环向及轴向应力分布图。在稳定轧制阶段,径向应力在内层钢管内壁,减径量越大,径向应力越小;环向应力在碳钢和不锈钢界面位置和内层不锈钢管的内壁,减径量越大,环向应力越小;轴向应力与减径量的大小成反比关系。采用冷轧成型工艺生产双金属无缝钢管,成品钢管的直径精度较高,壁厚精度低于直径精度。参数研究表明,计算直径接近理论值,受减径量的影响相对较小;计算壁厚与理论值有一定误差,钢管壁厚精度随减径量的增加而降低。对于本文计算的外径为202 mm,壁厚为11 mm的双金属复合管,在减径量为2 mm时的壁厚相对误差仍小于5%。同时,双金属复合管外层碳钢钢管壁厚变化量相对较大而内层不锈钢管的壁厚变化相对较小。论文的研究成果对于双金属复合钢管冷轧成型工艺设计、孔型和轧辊设计具有参考价值。     

石油套管淬火冷却中三维耦合场的有限元模拟

建立了石油套管在淬火冷却过程中温度、应力场的三维非线性热力耦合有限元模型,并分析了温度、应力场的变化规律和分布状态.模拟结果表明:冷却过程中,轴截面沿径向的温差先增加后减小,冷却2.5 s时,温差最大为274 %.冷却至5.5s时,外表面首先开始发生马氏体转变;当冷却至11.5 s时,套管整体温度≦280 9℃,几乎完成了马氏体转变.套管切向应力对套管影响作用最明显,在冷却初期,热应力作用使切向应力随温差增大而升高,减小而降低;发生组织转变后,热应力和组织应力共存,随冷却进行切向应力迅速升高,至7.5 s达到最大为561 MPa;完成组织转变后,只有热应力存在,随冷却进行温差减小切向应力亦降低.     

高炉冷却壁制造工艺的创新应用

通过工艺的创新,保证高炉冷却壁产品的尺寸精度,加强冷却钢管弯曲控制,采用炉内和炉外脱硫方式,强化孕育,保证球化等手段提高产品内在质量,延长冷却壁的使用寿命.