基于加热炉传热模型的钢坯氧化烧损研究

论文摘要

轧钢加热炉的钢坯氧化烧损一直是研究的热点问题,通过以湘潭钢铁集团宽厚板2#线步进加热炉为研究对象,基于Fluent软件平台建立加热炉燃烧传热及钢坯导热模型,得到了炉内三维温度场、浓度场和钢坯动态温度分布,计算值与实测值表明,温度场最大相对误差在5%以内；将此模型耦合氧化烧损计算程序模拟钢坯在炉内的动态氧化过程,数值模拟揭示：(1)钢坯在预热段和加热一段时的氧化铁皮增长速率小,在加热二段和均热段增长速率较大；(2)在常规炉内气氛下,闷炉150min的钢坯其氧化烧损率比正常情况下增加了34.8%；热装温度为200℃和700℃时,加热时间缩短23min,而相应的氧化烧损率从0.7923%降低为0.7258%：(3)加热一段、加热二段和均热段的空气消耗系数分别为1.4、1.3和0.9时,氧化铁皮在高温区的增长速率明显降低。指导现场生产后,实测钢坯氧化烧损率仅为0.466%,达到国际领先水平,由此表明,基于加热炉燃烧、传热、氧化烧损模型所提出的降低钢坯氧化烧损的措施是可靠的,可使传统的加热炉钢坯氧化烧损降低至一个新水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 步进式加热炉简介
• 1.3 加热炉数值模拟研究概述
• 1.4 钢坯氧化烧损的研究概述
• 1.5 研究内容
• 第二章 加热炉数值模拟与现场验证
• 2.1 加热炉数学模型
• 2.1.1 基本控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 燃烧模型
• 2.1.4 辐射模型
• 2.1.5 钢坯导热模型
• 2.1.6 钢坯氧化烧损模型
• 2.2 加热炉数值模拟
• 2.2.1 研究对象
• 2.2.2 网格划分
• 2.2.3 基本方法
• 2.2.4 边界条件
• 2.2.5 计算结果与分析
• 2.2.6 氧化烧损计算
• 2.3 模型验证现场测试
• 2.3.1 现场测试
• 2.3.2 测试结果与模型验证
• 2.3.3 误差分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢坯氧化烧损研究
• 3.1 氧化烧损影响因素分析
• 3.1.1 加热温度对氧化烧损的影响
• 3.1.2 加热时间对氧化烧损的影响
• 3.1.3 炉内气氛对氧化烧损的影响
• 3.1.4. 闷炉对氧化烧损的影响
• 3.1.5. 热装对氧化烧损的影响
• 3.2 钢坯加热过程优化研究
• 3.2.1 加热时间的优化
• 3.2.2 炉内气氛的优化
• 3.3 氧化烧损计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 降低氧化烧损的工业试验研究
• 4.1 工业试验
• 4.2 试验结果分析
• 4.3 试验结果与模拟结果对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与建议
• 5.1 总结
• 5.1.1 工作内容
• 5.1.2 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果