宝钢2030CM12连退炉加热室温度场及热应力分析

摘要

加热室是连退生产线上主要的加热设备,由于长期在高温下工作,加热室炉壳钢板出现不同程度的变形,甚至开裂现象,导致炉壳使用寿命缩短。因此,研究加热室炉壳温度、热应力和应变就显得十分有必要。本文针对宝钢2030CM12加热室,在大量现场实验的基础上,利用有限单元法对加热室炉壳的温度场、热应力进行了系统的分析,并对炉壳钢板的蠕变变形进行了初步的探讨。
　　 本文根据加热室实际工作情况,建立了精确的几何模型及有限元模型,边界条件。分析求解得到加热室炉体稳态温度场分布,并进一步分析了各个热源、对流散热及辐射散热对加热室炉壳温度场的影响,得到了炉体整体的温度场分布,并得出炉内气氛通过耐热材料传导的热量是主要的热量来源,对流散热是主要的散热途径。将炉壳温度场理论分析结果与实测结果对比,验证了模型的正确。
　　 在炉体稳态温度场分析的基础上,对加热室进行了热应力分析,详细掌握了加热室热应力和应变状态。通过与实测结果进行对比,验证了所建模型的正确性。对锚固钉焊接处炉壳钢板、辐射管之间的炉壳钢板等存在的应力集中区域进行了进一步的分析,寻找出了产生应力集中的原因,针对炉壳钢板存在的薄弱环节和出现过开裂的区域进一步考证结构的合理性,并改进了横梁和竖梁的结构,得到了良好的效果。
　　 最后,针对安装板局部出现的蠕变问题进行了初步的探讨。首先根据加热室稳态温度场分布确定了只有在辐射管附近出现蠕变现象,大部分区域并不发生蠕变。通过蠕变分析得出,蠕变并不明显,加热室炉壳钢板出现应力松弛现象,整体应力趋于均匀,辐射管附近等效应变逐渐变大,但是变化不大,其它区域等效应变逐渐变小。
　　 最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究的对象及背景

1.1.1 研究对象

1.1.2 国内外研究现状

1.2 研究的主要内容及采用的方法

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究的方法

1.2.3 研究的主要内容

第2章 热传导和热应力的有限单元法

2.1 热传导问题的有限单元法

2.1.1 传热学理论基础

2.1.2 稳态温度场的有限单元法

2.2 热应力理论基础及其有限单元法

2.2.1 热应力理论基础

2.2.2 热应力问题的有限单元法

2.3 对热传导和热应力有限单元法的总结

第3章 连退炉加热室的整体有限元分析

3.1 加热室的工作状况

3.2 加热室炉体的结构和材料分析

3.2.1 加热室炉体的结构分析

3.2.2 加热室炉体各部分材料基本参数的确定

3.3 加热室炉体有限元模型的建立

3.4 在工作状态下加热室炉体边界条件的确定

3.4.1 加热室炉体热量的来源

3.4.2 加热室炉体的对流、辐射散热

3.5 加热室稳态温度场分析结果及与实测结果的比较

3.5.1 加热室稳态温度场的整体分布

3.5.2 加热室稳态温度场分析结果与实测结果的比较

3.6 在自重作用下加热室的应力分析

3.7 加热室的热变形分析

3.8 加热室热应力分析结果及与实测结果的比较

3.8.1 加热室热应力的整体分布

3.8.2 加热室热应力分析结果与实测结果的比较

3.9 对加热室温度场、热应力场分布的总结

第4章 影响连退炉加热室炉壳钢板温度、热应力的因素

4.1 热源对炉体温度的影响

4.1.1 炉内高温气氛对炉壳钢板温度的影响

4.1.2 辐射管对炉壳钢板温度的影响

4.1.3 锚固钉对炉壳钢板温度的影响

4.2 对流散热对炉体温度的影响

4.3 辐射散热对炉体温度的影响

4.4 耐热材料间隙对炉壳钢板温度的影响

4.5 锚固钉焊接引起的应力集中

4.6 炉壳钢板与钢结构焊接引起的应力集中

4.7 加热室横梁之间钢板的热应力

4.8 两辐射管之间钢板的热应力

4.9 影响加热室温度、热应力因素的总结

第5章 连退炉加热室炉壳钢板蠕变问题探讨

5.1 蠕变问题的有限元分析

5.1.1 单轴试验情况下的材料蠕变特点

5.1.2 单轴本构关系

5.1.3 多轴本构关系

5.1.4 蠕变有限元方程

5.2 加热室炉壳钢板的蠕变分析

5.3 对加热室炉壳钢板蠕变分析的总结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果