退火炉底板热固耦合的有限元分析与制造工艺改进

摘要

环形退火炉是进行高温退火的热处理设备。炉底板是ROF炉的消耗零件之一，用于承载工件进行高温退火处理。而炉底板使用寿命与高温环境下产生的周向热应力有关。本文利用ANSYS软件并采用间接耦合法对退火炉炉底板进行了热应力分析，揭示在热处理过程中炉底板的温度和应力场分布规律。在高温退火过程中由于炉底板各个区域受热不均，容易产生温度差，进而出现热应力，而最大的热应力总是产生于炉底板边缘处，最终从边缘处向炉底板中心处逐渐产生裂纹，影响钢卷的成型质量。当炉底板的裂纹长度发展到一定程度，必须报废。
　　首先，根据钢卷成型的退火工艺条件，考虑对流换热因素的边界条件。构建对流环境温度函数以及施加对流换热系数模拟炉底板温度场。采用热固耦合的方法，实现温度场与外载荷的热固耦合分析，得到炉底板的应力变化规律。
　　其次，对炉底板结构提出了两个部分的改进设计：花瓣状炉底板和支柱分布位置改变。分析了该结构设计的合理性。
　　最后，提出一种对炉底板生产工艺改进的方式，能有效提高使用寿命。通过分析炉底板的铸造、锻造、轧制等工艺方式，得出不同工艺方式下的炉底板内部组织晶粒大小及均匀性存在差异。本文旨在锻造、轧制工艺的基础上，结合两点的优势，提出一种环形加热炉大底板锻件轧制成形工艺。结果表明改进后的轧制工艺的炉底板试样金相组织均匀且细小，力学性能最好。

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第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 文献综述

1.3 本文研究的内容

第二章 有限元热分析在炉底板热处理中的应用

2.1 有限元法及ANSYS热分析

2.2 热分析基本原理

2.3 高温退火的机理与炉底板工作环境

2.4 本章小结

第三章 ROF炉底板热处理中的温度场模拟

3.1炉底板材料属性

3.2 炉底板在实际工况下的有限元模型的建立

3.3 炉底板温度场分析

3.4 温度场模拟结果分析

3.5 本章小结

第四章 ROF炉底板热固耦合分析

4.1热固耦合简介

4.2热固耦合的有限元计算

4.3基于ANSYS的热应力场的求解

4.4热应力模拟结果分析

4.5 炉底板结构设计

4.6本章小结

第五章 ROF炉底板制造工艺改进

5.1 炉底板传统制造工艺

5.2 炉底板制造工艺改进

5.3 ROF炉底板改进工艺具体操作

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文