热镀锌线合金化炉数值模拟与结构改进研究

摘要

近年来，随着汽车用钢技术的不断发展，汽车面板用的合金化热镀锌钢板(GA)以其优异的焊接性、耐蚀性、涂装性以及涂装后耐砂砾冲击性得到了广泛的应用。合金化炉作为带钢连续热镀锌机组的关键设备，炉内温度分布直接影响了热镀锌板的质量，因此，通过实验测试和数值模拟的方法全面了解炉内热工过程，对生产出成形性能和镀层抗粉化性能都优良的合金化热镀锌板具有较大的理论和现实意义。
　　本文以合金化炉均热段和冷却段为研究对象，主要进行了数值模拟、实验测试以及结构改进的研究，具体内容主要包括以下几个方面:
　　(1)建立合金化炉均热段和冷却段的三维物理模型，采用ICEM CFD软件对计算域进行网格的划分。根据流体力学的基本原理，选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法建立炉内气体流动与换热的数学模型。
　　(2)模拟生产两种不同规格(1248×0.898mm和1610×0.696mm)带钢时，合金化炉均热段及冷却段炉内温度分布特征，结果表明:带钢在均热段时，随着高度的不断增加，带钢温度逐渐降低并且带钢沿宽度方向上的温度趋于均匀;在相同的加热功率下，生产1248×0.898mm这种稍厚的带钢时，均热炉内温度值低于工艺要求的温度。带钢在冷却段时，离带钢表面越近的气体温度越高。
　　(3)对镀锌线合金化炉进行现场测试。均热段主要测试了环境温度、入口温度、高度7m处的温度、高度15m处的温度、出口温度及出口压力;冷却段主要测试了喷嘴喷出的气体流速以及出口的温度。将模拟结果与测试结果进行对比分析，模拟结果与测试结果基本一致，从而验证了计算模型以及模拟结果的正确性。
　　(4)针对生产稍厚钢板时，均热段炉内温度达不到工艺要求，对合金化炉的结构进行改进，即在均热段出口处的前后两侧设置侧板，侧板的开合度可以根据炉内设定的温度值自动调整，改进后的结构能有效地阻碍均热段热气流的溢出，在不影响带钢质量的前提下使均热段炉内温度达到工艺要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外发展综述

1．2．1 合金化装备

1．2．2 数值模拟技术与现代工业炉的设计

1．3 课题来源及主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 炉内气体流动与换热计算模型的建立

2．1 基本假设

2．2 物理模型

2．2．1 计算域的确定

2．2．2 计算域的离散化

2．3 数学模型

2．3．1 流体力学基本控制方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 控制方程的离散方法

2．3．4 流场计算的SIMPLE算法

2．4 本章小结

第3章 炉内温度场与流场的数值模拟

3．1 边界条件

3．1．1 壁面条件

3．1．2 进出口边界条件

3．1．3 对称边界条件

3．1．4 流体

3．1．5 固体

3．2 数值模拟结果与分析

3．2．1 温度场

3．2．2 流场

3．3 本章小结

第4章 实验测试及计算模型的验证

4．1 实验测试

4．1．1 实验测试的目的

4．1．2 实验测试的方案

4．1．3 实验测试结果

4．2 计算模型的验证

4．3 本章小结

第5章 合金化炉的结构改进与研究

5．1 合金化炉结构改进

5．2 结构改进后数值模拟与分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

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

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目