一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法技术

本发明专利技术公开了一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，此方法通过建立辊底式热处理炉三维数值模型，同时将板坯运动的模型和辐射管加热的模型考虑在内，将模拟获得的板坯达到奥氏体化温度的时间与文献建议的保温时间作为板坯新加热工艺的加热时间与保温时间，这样可以提高板坯加热工艺的精度与热处理后板坯的质量，在钢铁工业领域中具有潜在的应用前景和实用价值。和实用价值。和实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法


[0001]本专利技术属于材料科学与工程
，具体涉及一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法。

技术介绍

[0002]热处理的目的是提高材料的机械性能，如韧性、硬度和耐腐蚀性等。材料加热是热处理过程的重要一环。鉴于技术的不断发展，对热处理的要求越来越高，尤其是板坯内部温度区的精度和均匀性。然而，通过测量设备获得板坯内部的精确温度是一项艰难的任务。因此，合适的数值模型成为温度场预测的有力工具。它不仅可以预测板坯和炉子的温度分布，还可以优化板坯加热工艺，确定板坯温度波动的原因，并识别加热炉的潜在改进。近年来在实用性和商业性的应用中取得显著的进展。
[0003]通过对目前工厂中使用的加热工艺分析研究，发现工厂仅是通过经验公式(1)确定的加热工艺对板坯进行加热，其中1.3是加热系数，8是板坯厚度，25是保温时间，
±
5是允许的时间误差。这样确定的加热工艺具有一定误差，可能会对热处理后板坯的质量产生一定负面影响。
[0004]t＝1.3
×
h+25
±5ꢀꢀꢀ
(1)

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，以解决现有技术中辊底式热处理板坯加热工艺缺少确定合适的加热参数确定方法的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，建立加热炉内部的辐射管(4)、板坯(3)和运输辊(2)的三维数值模型；
[0009]步骤2，模拟并求解三维数值模型；模拟过程中，板坯(3)在运输辊(2)上移动，获得板坯(3)在原始设定加热时间内的模拟温度变化曲线，所述模拟温度变化曲线为板坯(4)中心点的模拟温度变化曲线；在板坯(4)的下表面、中心层和上表面分别设置热电偶，所有的热电偶共同连接至温度记录仪，温度记录仪获得原始设定加热时间内板坯(4)中心点的实验温度变化曲线；当模拟温度变化曲线和实验温度变化曲线变化规律相同，且在同一时间点两个曲线之间的温度差值小于设定值时，确定三维数值模型建立满足要求，执行步骤3；否则修正三维数值模型；
[0010]步骤3，根据模拟温度变化曲线确定板坯(4)完全转变成奥氏体的时间，所述完全转变为奥氏体的时间为加热时间。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：
[0012]优选的，步骤2中，模拟三维数值模型过程中，选用Realizable k
‑
ε湍流模型、DO辐射模型及EDC燃烧模型。
[0013]优选的，步骤2中，通过动网格技术中的弹性光顺方法实现板坯(2)在运输辊(2)上移动。
[0014]优选的，步骤2中，下表面上设置有三个热电偶，中心层上设置有三个热电偶，上表面设置有三个热电偶；
[0015]下表面的两个外侧的热电偶设置在板坯(4)的一个对角线上，上表面的两个外侧的热电偶设置在板坯(4)的另外一个对角线上；所述中心层的三个热电偶设置在板坯(4)的中心线上。
[0016]优选的，步骤2中，所述设定值为50K。
[0017]优选的，步骤3中，板坯(4)在加热炉内完全转变为奥氏体后，进行保温。
[0018]优选的，步骤1中，辐射管(4)的辐射管外壁(9)为双面壁，辐射管外壁(9)的两侧均为无限薄壁区域。
[0019]优选的，步骤2中，对两个无限薄壁区域进行耦合，在模拟过程中，耦合后的壁面进行辐射传热和对流传热。
[0020]优选的，步骤1中，先建立加热炉内部辐射管(4)、板坯(3)和运输辊(2)的三维几何模型，对三维几何模型进行非结构网格划分后，获得三维数值模型。
[0021]优选的，步骤1中，对三维几何模型进行网格划分后，对辐射管(4)和板坯(3)的非结构性网格进行加密。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术公开了一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，此方法通过建立辊底式热处理炉三维数值模型，同时将板坯运动的模型和辐射管加热的模型考虑在内，将模拟获得的板坯达到奥氏体化温度的时间与文献建议的保温时间作为板坯新加热工艺的加热时间与保温时间，这样可以提高板坯加热工艺的精度与热处理后板坯的质量，在钢铁工业领域中具有潜在的应用前景和实用价值。
[0024](1)与传统经验公式确定的加热工艺相比，本方法通过数值模拟确定的加热工艺具有较高的精度和准确性，可以提高热处理后板坯的质量。
[0025](2)本方法建立的数值模型不仅可以优化板坯加热工艺，还可以确定板坯温度波动的原因，并识别加热炉的潜在改进。
[0026](3)本专利技术提出一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，相较于经验公式确定的加热工艺，通过数值模拟确定的加热工艺具有较高的精度和准确性，在钢铁工业领域中具有潜在的应用前景和实用价值。
[0027]进一步的，模拟过程中，将所有的换热模型均考虑进来，保证模拟过程热传递的精度。
[0028]进一步的，模拟过程中板坯在持续移动，能够真实还原板坯在加热炉内的状态。
[0029]进一步的，每一层上设置有三个热电偶，且每一层上的热电偶相对于板坯的中心点对称布置，使得能够获得板坯的中心部和边部的曲线。
[0030]进一步的，对辐射管和板坯划分后的网格进行加密，使得热量放射源和热量接收源的模拟过程更加精准。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例一的辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法的流程图；
[0032]图2为本专利技术实施例一中辊底式热处理炉三维数值模型的示意图；
[0033]图3为图1中步骤S1的细化流程图；
[0034]图4为本专利技术实施例一中辊底式热处理炉某一部分三维数值模型的示意图；
[0035]图5为本专利技术实施例一中辊底式热处理炉网格的示意图；
[0036]图6为本专利技术实施例一热电偶在板坯上的具体位置的示意图；
[0037]图7为本专利技术实施例一中模拟与实验获得的辊底式热处理炉内板坯平均温度变化的示意图；
[0038]图8为图1中步骤S3的细化流程图；
[0039]图9为本专利技术实施例一中模拟获得的辊底式热处理炉内板坯温度变化的示意图。
[0040]其中，1
‑
炉体；2
‑
运输辊；3
‑
板坯；4
‑
辐射管；5
‑
燃气入口；6
‑
一次空气入口；7
‑
二次空气入口；8
‑
内衬管；9
‑
辐射管外壁；10
‑
烟气出口
具体实施方式
[0041]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0042]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立加热炉内部的辐射管(4)、板坯(3)和运输辊(2)的三维数值模型；步骤2，模拟并求解三维数值模型；模拟过程中，板坯(3)在运输辊(2)上移动，获得板坯(3)在原始设定加热时间内的模拟温度变化曲线，所述模拟温度变化曲线为板坯(4)中心点的模拟温度变化曲线；在板坯(4)的下表面、中心层和上表面分别设置热电偶，所有的热电偶共同连接至温度记录仪，温度记录仪获得原始设定加热时间内板坯(4)中心点的实验温度变化曲线；当模拟温度变化曲线和实验温度变化曲线变化规律相同，且在同一时间点两个曲线之间的温度差值小于设定值时，确定三维数值模型建立满足要求，执行步骤3；否则修正三维数值模型；步骤3，根据模拟温度变化曲线确定板坯(4)完全转变成奥氏体的时间，所述完全转变为奥氏体的时间为加热时间。2.根据权利要求1所述的一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，其特征在于，步骤2中，模拟三维数值模型过程中，选用Realizable k
‑
ε湍流模型、DO辐射模型及EDC燃烧模型。3.根据权利要求1所述的一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，其特征在于，步骤2中，通过动网格技术中的弹性光顺方法实现板坯(2)在运输辊(2)上移动。4.根据权利要求1所述的一种辊底式热处理炉板坯加热工艺优化方法，其特征在于，步骤2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞玉华，高强，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：