步进式加热炉内钢坯传热分析及温度场数值计算

摘要

加热炉是钢铁生产工艺过程中非常重要的关键设备，我国又是钢铁消耗大国，对钢坯出炉温度进行预测计算具有极大意义，有利于对炉内气氛进行调控。钢坯温度与炉内环境温度互受影响，对钢坯温度场的研究与炉温的研究也是相辅相成。对钢坯温度场的相关研究主要集中在钢坯温度场的仿真模拟、数值计算以及对钢坯出炉温度的优化控制等方面，而钢坯温度场的计算采用的方法主要有：基于传热机理的传统钢坯温度分布模型、基于回归原理的多元统计钢坯温度分布模型、基于状态估计和辨识的钢坯温度预测模型、基于神经网络的人工智能钢坯温度预测模型这几大类。
　　本文选择武钢一热轧4号加热炉作为研究对象，对加热炉的工艺流程和炉内钢坯传热过程进行了分析，基于数值传热学开展了钢坯温度场的数值计算模拟。对三维非稳态导热及边界辐射换热的耦合问题作了深入研究，采用全隐格式对控制方程进行离散，对于三维场的复杂性采用交替方向隐式方法ADI来解决，对于边界条件的处理则采用附加源项法。采用C++进行编程，得到钢坯温度场的计算程序，运行程序后得到钢坯表面、内部截面温度分布以及温度-时间变化趋势图。结果表明本文所得计算程序基本无误，虽然整个程序还不够成熟，但计算结果具有一定的可靠性，可对钢坯温度的控制进行一定的指导。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

2 步进式加热炉内工艺及传热

2.1 步进式加热炉简介

2.2 步进式加热炉生产过程工艺流程

2.3 加热过程钢坯传热分析

2.4 本章小结

3 导热方程的数值求解

3.1 三维非稳态导热及其离散

3.2 边界条件的处理

3.3 求解代数方程组的迭代

3.4 本章小结

4 钢坯温度场计算的编程应用

4.1 钢坯网格的划分及相关参数设置

4.2 初始条件与边界条件的选取及计算

4.3 本章小结

5 钢坯温度场模拟的结果分析

5.1 不同情况下钢坯温度计算结果对比

5.2 钢坯出炉温度的验证与温度计算模型修正

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 存在的不足及下一步构想

致谢

参考文献