钢坯加热过程中氧化传热模型的研究

摘要

本文以重轨钢U71Mn钢的传热和氧化为研究对象,对其在轧制前加热炉加热过程中氧化烧损现象进行计算机数值模拟,研究了加热时间、加热温度等对氧化烧损量的影响,可为优化加热工艺提供依据。
　　研究主要以计算机模拟为主,建立了加热炉炉内传热、钢坯加热及钢坯氧化烧损增长组合模型等多模型耦合的热过程数学模型,并对热过程数学模型进行了数值求解。
　　通过模拟结果表明,钢坯在恒定高温1100℃加热时,加热速率非常高,在加热时间7200s时,钢坯厚度方向上的温度基本趋于一致;当表面有氧化层生成后,随着氧化厚度的增大,钢坯表面导热热阻会变大,导致温度上升速率会越来越慢;初始氧化时,氧化速率会骤然变大,但随着氧化层的形成会阻碍金属原子和氧离子之间的扩散,导致速率变慢,最后温度趋于一致时,氧化速率会维持在一定范围之内。
　　钢坯处于加热炉升温加热条件下,分别模拟了高速率、典型速率和低速率加热时,钢坯温度变化和氧化速率的变化,结果表明:与恒温加热相比,在7200s时加热还没有达到充分状态,并且加热速率与加热炉的升温、钢坯升温成正比,加热速率越快,同一时刻钢坯的温度越高;另外在整个加热过程中,氧化层内部的3个交界面温度差异很小;加热前5400s,温度在900℃以下时,氧化速率很小;当加热从5400s至9000s时,温度在900至1080℃变化时,此阶段氧化速率以抛物线形式增大;当加热到9000s后,温度变化很小,此时氧化速率基本不变,维持在2.0×10-6kg/m2s左右。
　　此外还通过计算预测了包钢现场工艺中重轨钢坯加热时,氧化烧损厚度为3.388mm。
　　此研究结果可以为优化加热炉加热温度,提高生产率提供依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 金属氧化机理

1.3 钢的氧化

1.4 影响钢氧化的因素

1.5 减少氧化的措施

1.6 钢高温氧化传热的研究现状

1.7 本文研究的主要内容

2 钢坯热过程模型

2.1 物理模型和控制方程

2.2 钢坯热流模型离散

2.3 计算方案流程

2.4 计算过程

2.5 加热炉升温曲线模型

3 模拟计算结果及分析

3.1 加热炉恒温加热

3.2 加热炉升温加热

3.3 本章小结

4 现场工艺的氧化烧损预测

5 结论

参考文献

致谢