合金化热镀锌钢板冷却段温度场研究

摘要

合金化热镀锌生产中存在冷却段出口处带钢温度过高从而使镀层脱落在炉顶辊上，造成了镀层表面质量缺陷及折皱，以及粘连的锌渣从炉顶辊坠落引发安全隐患。针对该问题，本文采用ANSYS CFX软件数值模拟分析带钢冷却过程，并用实验测试验证计算模型和数值模拟的正确性。通过调节带钢传送速度与冷却段喷吹速度来满足热处理工艺曲线，以达到降低合金化炉能耗、优化机组运行参数的目的，对安全生产和提高合金化热镀锌板的质量具有一定的帮助及意义。具体研究内容如下:
　　(1)以某冷轧厂的合金化炉作为研究对象，对其进行适当简化及合理假设，利用ICEM CFD建立带钢在炉内传动、热交换和受空气喷吹冷却的物理模型，结合流体力学基本控制方程及湍流模型，确定用于数值模拟计算的数学模型。
　　(2)由于合金化炉保温段封闭而冷却段仅两侧开放，测试位置受到生产现场楼层高度限制，且测试仪器不能与带钢直接接触，故在冷却段采用耐高温热电偶测试带钢周围的温度场、红外热像仪测试带钢温度。将数值模拟结果与实验结果进行对比分析，温度场模拟结果的相对误差基本在10％以内，带钢温度模拟结果的相对误差均在5％以内，带钢实测温度曲线与模拟结果曲线基本一致，从而验证了计算模型和数值模拟的正确性。
　　(3)在该模型的基础上，通过调节带钢传送速度与冷却段喷吹速度来满足热处理工艺曲线，结果表明:当带钢传送速度u=1.5m/s时，增加喷吹速度可以使冷却段对流换热加剧，但喷吹速度过大产生的强制对流造成空气进入保温段从而降低保温温度，带钢冷却速度v与喷吹速度V呈指数函数关系，冷却喷吹临界最小速度为24.4m/s;当冷却段喷吹速度V=25m/s时，适当降低带钢传送速度可以延长保温时间和冷却时间，有利于提高合金化镀层质量、使带钢充分冷却，带钢冷却速度v与传送速度u呈幂函数关系，带钢传送临界最大速度为1.6m/s;带钢传送速度u与喷吹速度V之间的匹配关系为:V=14.02u+228。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 热镀锌发展

1．2．2 合金化炉的研究

1．3 数值模拟软件ANSYS CFX介绍

1．4 研究内容

2．1 物理模型

2．1．1 合金化炉结构

2．1．2 几何模型建立及计算域的确定

2．2 数学模型

2．2．1 流体力学基本控制方程

2．2．2 湍流模型

2．2．3 近壁区处理

2．2．4 控制方程的离散方法与格式

2．2．5 计算域的离散化

2．2．6 流场数值计算的SIMPLE算法

2．3 边界条件

2．3．1 进出口边界条件

2．3．2 材料属性

2．4 本章小结

第3章 现场温度测量及其与数值计算结果的比较

3．1 现场温度测量

3．1．1 测量仪器

3．1．2 测点位置

3．2 温度测量结果及其与数值模拟结果的比较

3．2．1 温度场测量结果及其与数值计算值的比较

3．2．2 带钢温度测量结果及其与数值计算值的比较

3．3 数值模拟结果分析

3．4 本章小结

第4章 带钢冷却数学模型

4．1 喷吹速度与带钢温度的关系

4．2 带钢传送速度与带钢温度的关系

4．3 喷吹速度与带钢传送速度的关系

4．4 热平衡计算验证

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录