全氢炉退火过程钢卷温度场和应力场的耦合研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 罩式退火炉的发展历程
• 1.2 课题提出
• 1.3 粘结产生机理和形成过程
• 1.4 钢卷温度场和应力场的耦合研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 全氢炉退火过程模拟研究的理论基础
• 2.1 全氢炉的基本结构与热工特点
• 2.2 全氢炉退火工艺制度制定
• 2.3 全氢炉退火过程的传热过程分析研究
• 2.4 本章小结
• 3 全氢炉退火过程中钢卷温度场模型建立
• 3.1 钢卷导热数学模型
• 3.2 氢气传热数学模型
• 3.3 内罩传热数学模型
• 3.4 加热阶段内罩外传热数学模型
• 3.5 本章小结
• 4 全氢炉退火过程中应力场模型建立
• 4.1 轴对称各向异性体位移方程的推导
• 4.2 边界条件
• 4.3 数值计算
• 4.4 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 钢卷温度场和应力场的耦合求解及分析
• 5.1 钢卷径向导热系数与径向压缩系数
• 5.2 计算程序及框图
• 5.3 计算参数和结果
• 5.4 计算结果对比分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献