芯棒预热炉加热制度的数值模拟研究—芯棒断面温度场的数值计算

摘要

芯棒预热炉是整个轧管生产中的重要加热设备，它的作用在于把芯棒从常温加热到适合轧制的温度。芯棒是限动芯棒连轧钢管机组中最重要的热变形工具，芯棒经过预热炉的加热达到一定的温度以后，然后对其涂上液态石墨，使其润滑，这样做对无缝钢管的轧制起到重要的作用。所轧制出的不同规格的无缝钢管主要用于石油油、套管管料、石油油套管接箍料、输送流体用管、高压锅炉用管、低中压锅炉用管、液压支柱管、气缸套管、化肥设备用高压管、结构用管、船舶用管及冷拔管料的生产等。
　　芯棒预热炉作为包钢无缝厂的主要加热设备，其加热制度直接关系到无缝钢管的生产品质和管材质量。加热制度的优化程度主要取决于加热工艺及炉温制度、预热炉系统热量分配及热平衡情况。
　　本文以包钢无缝厂159连轧管机组的芯棒预热炉为原型，以该预热炉加热制度的优化为研究目的，以该预热炉炉膛内芯棒的温度分布、炉膛内热风热负荷为研究内容。采用对流换热传热模型，建立了该预热炉内芯棒加热的数学模型，对炉内热工过程进行了数值模拟，得到了加热芯棒温度的具体分布。对芯棒所建立的数学模型，用有限差分法对数学模型进行离散化，最后通过模拟计算得到预热炉内任一时刻、任一位置芯棒的温度分布、芯棒表面温度、断面温差及在炉总时间。为生产部门提供优化的热工参数，确定一个优化的加热制度，达到提高加热效率和降低能耗的目的，对其生产实践进行指导。
　　通过对炉内热风温度的跟踪实测和芯棒出炉后温度的现场实测，实测结果和数值模拟结果进行了对比得知：数值计算结果与实际结果基本吻合，证明了所建立的数学模型是可靠的，数值计算结果是可信的。这些数据为芯棒预热炉的加热制度的优化提供了重要并且可靠的理论依据。

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引 言

1 文献综述

1.1我国的能源现状

1.2 我国钢铁企业能耗现状

1.3 芯棒及其预热炉的作用、用途和工艺

1.4 预热炉技术国内外的研究进展

1.5 钢坯加热温度场的国内外研究进展

2 软件简介

2.1 C语言

2.2 origin绘图软件

3 芯棒预热过程的数学模型

3.1 概述

3.2 芯棒预热炉热过程数学模型的建立

4 芯棒预热炉的模拟过程及结果分析

4.1 炉内热风温度场和速度场测试结果与分析

4.2 芯棒加热模型温度场的模拟结果及分析

4.3 加热制度的优化方案

4.4 芯棒预热炉加热制度的分析

结 论

参考文献

附录A 程序源代码

在学研究成果

致谢