2020/7/30
3
二 全 氢 罩 式 炉 的 基 本 构 造
2020/7/30
4
空气喷嘴 内罩 高速烧嘴
主体结构
扩散器
全密封炉台
加热罩 燃料预热
对流板
保护气氛 循环风扇
水喷淋探头 风扇
风扇 冷却罩
带罩冷却过程
2020/7/30
7
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 ❖ 数学模型的实验验证 ❖ 数值模拟结果及分析
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Time, hr
15
1
分 析 燃 料 消 耗 量 变 化
Fuel Flux, Nm3/hr
700
600
500
Average Fuel Flux: 413.42 Nm3/hr
400
300
Whole Fuel Consumption: 14653.73 Nm3
200
100 0
RS1/2
RD
RCT
RS1/2
RG
钢卷内部导热热阻网络模拟
r
S
1 S L0 g
1 L0
2
SL0
/ 4Tm3
1
1
/
s
1
1
RCT
/L0S
其中：0≤ ≤100% L0=b/S
2020/7/30
23
2、氢气与氮气介质中钢卷径向等效导热系数的比较
，（W\m℃） rad/steel
60
钢
40
氢气
29
• 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。
2020/7/30
30
• 通过模拟计算，模型软件可以实现：
–退火过程热工分析
2020/7/30
2
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
16
分析2 退火过程钢卷温度的变化
2020/7/30
Temperature, Celsius Degree
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
Inner Cover Hydrogen Monitor Point
10
20
30
40
50
60
Time, hr
17
分析(3)：钢卷温度分布(7hr)
f1=Tcon(t)/Tmon(t)
a=0.97024
b1=1.88564 b2=-1.1491
f2=Tcen(t)/Tmon(t)
f=a+b1t+b2t2
a=1.03484 b1=-1.53406 b2=0.78634
1<t≤38
f=(b+ct)/(1+at)
a=0.56269 b=2.22159 c=0.52907
Time, hr
13
2020/7/30
Temperature, Celsius Degree
模型验证(II)
800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
•2 • 1
1-core 2-edge
experimental value of core experimental value of edge calculated value of core calculated value of edge
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
对全氢罩式退火炉退火过程的模拟计算软件进行了实测验证，结果表明： 所建立的数学模型是正确合理的，数值模拟方法适当，计算软件正确。
编制了全氢罩式退火炉退火过程的模拟计算软件的界面应用程序，使得 退火过程的分析更加简单、便捷、安全、可靠
1、对流换热系数的分析研究(1)
h Kh
V nV DnD
f
g
n
1
Df L
nDL
V 气体流速 m / s； Df 气体通流直径 m；
g 气体导热系数 W /(mc) ；
气体动力粘度 kg /(m s)；
气体密度 kg / m3 ；
L 气体流动路线的长度 m；
Kh , nV , nD , n , nDL 对流换热系数的实验常数析(1)
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
2020/7/30
22
2、钢卷径向等效导热系数的计算(2)
RR
Temperature, Celsius Degree
800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
110,000 Nm3/hr 90,000 Nm3/hr 70,000 Nm3/hr 50,000 Nm3/hr 30,000 Nm3/hr
10
20
30
40
50
60
70
80
Time, hr
20
氮气
0
0
200
400
T，(℃)
2020/7/30
（a）
=0 L0=0.01
600
800
0.6
=0
0.4
0.2
氢气
氮气
0
0
200
400
600
800
T，(℃)
（b）
24
3、影响钢卷径向等效导热系数的因素
rad/steel rad/steel
1.0
0.9
0.8
0.7
Tsteel=700℃
L0=0.01
f=(b+ct)/(1+at) a=0.35009 b=-0.10238 c=0.3808
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
分析了对流换热系数与钢卷径向等效导热系数的影响因素，对比了它 们在氢气和氮气气氛下的不同，从机理上阐明了全氢炉相对于传统混 氢炉的优越性
对炉内保护气循环量进行了优化仿真数值模拟计算，所做工作对现场 的实际生产有重要的指导意义。
2020/7/30
32
谢谢大家
2020/7/30
33
❖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。
❖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
2020/7/30 在线控制提供坚实的理论基础。
10
四、数值模拟与实验验证
2020/7/30
温 度 的 在 线 关 联 式
2020/7/30
27
全氢罩式退火炉热过程 离线数学模型计算结果及分析
2020/7/30
28
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：
2020/7/30
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。
32,560
1,012
33,000 33,760
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
12
2020/7/30
Temperature, Celsius Degree
模型验证(I)
800 700 600 500 400 300 200 100
不同循环风量下的钢卷卷芯退火曲线
2020/7/30
26
1.8
钢
1.6 1.4
卷
1.2
•Tcen
温
1.0
• Tcon
度
f
0.8
0.6
f
1
f
0.4
2
• Tmon
与
检
0.2 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Time, hr
测 点
时间段 t（hr） 表达式 f
0≤t≤1 f=a+b1t+b2t2
0 0
•2 • 1 1-core 2-edge
experimental value of core experimental value of edge calculated value of core calculated value of edge