基于熱應(yīng)力數(shù)值分析的水冷爐輥結(jié)構(gòu)及布置形式研究.pdf

1、CSP加熱爐爐輥擔(dān)負(fù)著均熱爐內(nèi)板坯的支撐與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)任務(wù)，為滿足爐輥高溫惡劣環(huán)境條件下長期連續(xù)重負(fù)載旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的需要，爐輥設(shè)計(jì)成水冷爐輥，主要由金屬輥身、耐熱金屬輥環(huán)、耐火材料隔熱防護(hù)層、外露金屬輥軸等構(gòu)成。爐輥是加熱爐機(jī)械設(shè)備中最重要、最易損壞的關(guān)鍵設(shè)備，其在線數(shù)量大、價(jià)格貴、壽命低。為解決爐輥備件供應(yīng)、延長爐輥壽命、提高板坯溫度均勻性、降低企業(yè)成本，從爐輥的結(jié)構(gòu)研究出發(fā)，對爐輥結(jié)構(gòu)改進(jìn)，開發(fā)高溫性能好的新型結(jié)構(gòu)爐輥替代現(xiàn)有爐輥，確定爐輥

2、在爐內(nèi)的合理排布形式提高板坯溫度均勻性，對降低鋼廠生產(chǎn)成本意義重大。
　　具體針對加熱爐爐輥輥環(huán)高溫?zé)g、耐火層破損、板坯溫度均勻性不足等問題，以提高爐輥高溫性能、板坯表面溫度均勻性為切入點(diǎn)，分析了爐輥在爐內(nèi)的分布布置特點(diǎn)及輻射換熱特性，并利用有限元數(shù)值模擬的方法計(jì)算出爐輥在加熱爐內(nèi)的溫度、應(yīng)力分布及爐輥排布對板坯表面溫度均勻性的影響，為提高爐輥性能的結(jié)構(gòu)改進(jìn)及板坯溫度均勻性的排布形式改進(jìn)提供了依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容如下：

3、>　　1）建立爐輥流固耦合傳熱模型來計(jì)算爐輥在高溫爐氣下的溫度分布規(guī)律。分析了爐輥在其內(nèi)部的輻射傳熱，得到了爐輥外表面的吸熱量，計(jì)算不同溫度爐氣下的國產(chǎn)爐輥溫度場分布，并將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場監(jiān)測對比，證明水冷爐輥仿真模型的可靠性。在1300℃下的爐輥輥環(huán)工作面最高溫度已超過其材料的極限使用溫度，此爐輥結(jié)構(gòu)有待改進(jìn)。
　　2）結(jié)合爐輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將爐輥分為輥軸—輥環(huán)子結(jié)構(gòu)及輥軸—錨固件—耐火層子結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算；以溫度場仿真

4、分析得到的溫度分布為熱邊界條件，施加結(jié)構(gòu)約束條件，進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算，得到各部位的應(yīng)力分布為爐輥結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。
　　3）針對現(xiàn)有爐輥溫度、應(yīng)力場仿真出現(xiàn)的輥環(huán)冷卻不足、錨固件的結(jié)構(gòu)不合理，分別改進(jìn)了爐輥的冷卻結(jié)構(gòu)、輥環(huán)結(jié)構(gòu)及錨固件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種直接冷卻輥環(huán)、V型與雙V型錨固件交錯(cuò)排列錨固的爐輥結(jié)構(gòu)。對改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，對比改進(jìn)前后的計(jì)算仿真結(jié)果，改進(jìn)結(jié)構(gòu)能提高爐輥高溫性能。
　　4）對爐輥運(yùn)送板坯加熱過程的溫度場進(jìn)行仿