全氢罩式退火炉

1
16
分析2 退火过程钢卷温度的变化
900 800
Temperature, Celsius Degree
700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60
Inner Cover Hydrogen Monitor Point
Time, hr
38<t≤58.5 f=f0+a1e-(t-t0)/x1 f0=0.79184 t0=38.03 a1=0.21853 x1= 3.07573 f=a+b1t+b2t2+b3t3 a=-23.79697 b1=1.48994 b2=-0.02926 b3=1.89788×10-4
f1=Tcon(t)/Tmon(t)
时间，(hr)
钢卷
4 3 2 1
钢卷编号 4 3 2 1 140909 140906 140905 140907
重量 kg 22,800 32,560 33,000 33,760
钢卷宽 mm 1,012 1,012 1,012 1,012
钢板厚 mm 0.806 0.806 0.806 0.806
外径 mm 2,028 2,383 2,391 2,423
数学模型的实验验证
数值模拟结果及分析
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加热过程
加热过程 均热过程
冷却过程
带加热罩冷却过程 辐射冷却过程 带冷却罩冷却过程 快速冷却(氢气旁路冷却或水喷淋冷却)
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建立数学模型的目的
建立全氢罩式炉退火过程数学模型，进行离线 预报钢卷退火工艺曲线，为今后实现钢卷温度 的在线跟踪和炉温的动态计算提供基础。 对不同来料、不同产品的退火过程，只要将原 始数据作为模型输入条件，模型即可计算出相 应的退火曲线，为工艺优化与过程控制提供依 据。
根据所建立的数学模型，应用数值计算技术，编制了全氢罩式退火炉退 火过程的数值仿真系统软件
钢卷温度与检测点温度的关联关系
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1、对流换热系数的分析研究(1)
V h K h nD g Df
nV n
Df 1 L

nDL

V 气体流速 Df
g 气体导热系数 W /(m c) ； 气体动力粘度 气体密度
15 20 25 30 35 40 45 50
Time, hr
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模型验证(III)
800 700
2
1
Temperature, Celsius Degree
600 500 400 300 200 100 0 0 5 10
1-core 2-edge
experimental value of core experimental value of edge calculated value of core calculated value of edge
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分析(3)：钢卷温度分布(7hr)
(a) 7hr 4 3.5 3 300 2.5 350 2 300 1.5 1 350 0.5 400 0 -1.2 -1 300 -0.8 -0.6 -0.4 r
18
250 300
z
350 400
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分析(3)： 钢卷温度分布(48hr)
1


其中：0≤ ≤100%
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L0=b/S
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2、氢气与氮气介质中钢卷径向等效导热系数的比较
60
0.6
，（W\m℃）
钢
40
=0 L0=0.01
=0
rad/steel
0.4
20
氢气 氮气
0.2
氢气
氮气
0 0
200
400
600
800
0 0
200
400
600
800
T，(℃)
建立、完善不同钢种、不同规格的钢卷在不同 产量条件下的优化退火工艺制度，为今后实现 2013-5-19 在线控制提供坚实的理论基础。
10
四、数值模拟与实验验证
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(1)模型验证：实测条件和结果分析
800
温 度 ， (℃)
2 2
600
卷边
1
400
卷芯
1-卷芯 2-卷边
200
0 0 10 20 30 40 50 60
T，(℃)
（a）
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（b）
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3、影响钢卷径向等效导热系数的因素
1.0
0.8
0.9
rad/steel
0.6
0.8
rad/steel
Tsteel=700℃ L0=0.01
0.4
0.7
0.2
N2,L0=0.03 N2,L0=0.01 H2,L0=0.03 H2,L0=0.01
0 0.5 1.0 1.5 2.0
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离线数学模型的主要功能
• 改变输入参数，模型计算软件可以适应下列变化：
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钢卷尺寸：钢卷内外径，板卷宽度，钢板厚度； 装 炉 量：钢卷个数（1-4卷，各卷几何参数可不同）； 钢 种：钢的热物性参数； 燃气种类：燃气成分与燃气消耗量； 冷却方式：氢气旁路冷却与水喷淋冷却； 退火曲线：按时间或温度控制计算流程； 介质流量：氢气和冷却空气各阶段流量； 温度变化：环境温度、初始温度、空气预热温度等温度变化； 炉子参数：内罩、加热罩与冷却罩的尺寸及物性变化。
110,000 Nm /hr 3 90,000 Nm /hr 3 70,000 Nm /hr 3 50,000 Nm /hr 3 30,000 Nm /hr
3
Time, hr
不同循环风量下的钢卷卷芯退火曲线
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1.8 1.6 1.4 1.2 1.0
Tcen Tcon
Tmon
m / s ； 气体通流直径 m ；
L 气体流动路线的长度 m ； K h , nV , nD , n , nDL 对流换热系数的实验常 数。
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kg / m ；
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kg /(m s) ；
2、钢卷径向等效导热系数的分析(1)
五、参数优化及其分析
六、主要结论
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一、发展历程
传统罩式炉: 鞍钢冷轧厂20世纪50年代 引进的由前苏联设计开发制造 混氢(HNX)强对流罩式炉: 武钢冷轧厂20世纪70年代初引进 德国LOI公司生产的分流冷却罩式炉 全氢罩式炉: 70年代末奥地利EBNER公司(HICON/H2) 和德国LOI公司(HPH)分别开发完善
(e) 48hr 4 450 3.5 400 3 400 2.5 350 2 1.5 350 1 350 0.5 300 0 -1.2 400 450
z
400 450
-1 -0.8 -0.6 -0.4 r
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退火过程的参数优化及其分析
对流换热及对流换热系数 钢卷径向等效导热系数 循环风量的优化与分析
–退火过程热工分析

燃料消耗量；
各退火阶段钢卷断面温度； 炉内对流与辐射换热强度； 监视点与卷边及卷芯温度的关系曲线； 操作参数和结构参数的影响分析。
–计算完毕，自动生成详细的退火过程报告
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主要结论
在分析了全氢罩式退火炉退火过程热工特点的基础上，建立了以板卷温 度计算为核心的全氢罩式退火炉退火过程数学模型
带钢退火工艺及装备
(培训教程大纲)
北京科技大学热能工程系
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Department of Thermal Energy Engineering of USTB
1
第一部分—全氢罩式炉退火工艺及其装备
一、发展历程(历史沿革) 二、基本构造与操作过程 三、炉内传热过程的分析 四、数值模拟与实验验证
50 55 60
Time, hr
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模型验证(II)
800 700
2
1
Temperature, Celsius Degree
600 500 400 300 200 100 0 0 5 10
1-core 2-edge
experimental value of core experimental value of edge calculated value of core calculated value of edge
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3
二 全 氢 罩 式 炉 的 基 本 构 造
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主体结构
空气喷嘴
加热罩
燃料预热
Biblioteka Baidu
内罩 对流板 高速烧嘴
扩散器
保护气氛 循环风扇
全密封炉台
水喷淋探头
风扇
风扇
冷却罩
带罩冷却过程
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三、炉内传热过程分析
板卷加热的数学模型
板卷均热的数学模型 板卷冷却的数学模型
100 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Time, hr
h B
R gas HH
CV R CV GS1 hgas HH FHH Tg THH hgas IC GS 2 hgas IC FIC Tg TIC
1 K heat QDW VairC pairTair C pfualT fuel Vwaste CPgTg
15 20 25 30 35 40 45
Time, hr
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700
分 析 燃 料 消 耗 量 变 化
600
Fuel Flux, Nm /hr
3
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1
500
Average Fuel Flux: 413.42 Nm /hr
400
3
300
200
Whole Fuel Consumption: 3 14653.73 Nm
a=0.97024 b1=1.88564 b2=-1.1491 f=a+b1t+b2t2 a=1.03484 b1=-1.53406 b2=0.78634
f2=Tcen(t)/Tmon(t)
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钢 卷 温 度 与 检 测 点 温 度 的 在 线 关 联 式
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f
全氢罩式退火炉热过程
离线数学模型计算结果及分析
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• 通过模拟计算，模型软件可以实现：
–按时间控制计算流程
钢卷温度变化； 氢气温度变化；
内罩温度变化。
–按温度控制计算流程（除上述温度外）
加热时间；
均热时间；
带加热罩冷却时间； 带冷却罩冷却时间；
快速冷却时间；
总退火时间。
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• 通过模拟计算，模型软件可以实现：
A—带钢间保护气体导热、 B—带钢间辐射热交换； C—接触点导热、 D—带钢导热
钢卷内的径向传热示意图
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2、钢卷径向等效导热系数的计算(2)
RR
RS1/2
RD
RCT
RS1/2
RG
钢卷内部导热热阻网络模拟
r S
1 L0 SL0 1 1 1 S L0 g 3 2 / 4 Tm 1 / s RCT / L0 S
0.6 0
20
40
60
80
100
0
，（%）
，（%）
氢气介质中钢卷 径向等效导热系数随的变化
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影响钢卷径向等效导热系数的参数
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3、退火过程循环风量的优化
800 700
Temperature, Celsius Degree
600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80
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模型验证(I)
800 700
2
1
Temperature, Celsius Degree
600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
1-core 2-edge
experimental value of core experimental value of edge calculated value of core calculated value of edge
f1 f2
0.8 0.6 0.4 0.2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Time, hr
时间段 t（hr） 表达式 f
0 ≤ t≤ 1 f=a+b1t+b2t2
1<t≤38 f=(b+ct)/(1+at) a=0.56269 b=2.22159 c=0.52907 f=(b+ct)/(1+at) a=0.35009 b=-0.10238 c=0.3808