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環(huán)形退火爐是對(duì)鋼卷進(jìn)行高溫退火的關(guān)鍵熱處理設(shè)備。退火爐爐底板是ROF爐非常關(guān)鍵的零件，主要用于承載熱處理工件（卷材）進(jìn)行高溫退火處理。該構(gòu)件的消耗極大，由于爐底板在使用過(guò)程中，受退火工藝交變熱應(yīng)力的影響，一般使用一段時(shí)間后邊緣位置處開始出現(xiàn)裂紋，會(huì)給卷材的成型質(zhì)量帶來(lái)影響。當(dāng)爐底板裂紋長(zhǎng)度逐漸變長(zhǎng)后，該爐底板必須報(bào)廢。因此，提高爐底板使用壽命成了制造業(yè)面臨的一個(gè)重要的技術(shù)難題。為此，文獻(xiàn)等大多數(shù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)爐底板在退火過(guò)程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。然而，對(duì)于模型邊界條件的施加主要采用將連續(xù)的退火溫度曲線截取不同時(shí)段的離散溫度值載荷施加在爐底板表面上，進(jìn)行溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)模擬分析。分析方法未充分考慮實(shí)際的熱對(duì)流情況（爐底板與填充氫氣之間的熱交換參數(shù)）及實(shí)際退火溫度曲線的施加，導(dǎo)致得出的結(jié)果與實(shí)際情況相差較大。利用有限元分析法計(jì)算了在卷材高溫?zé)崽幚硗嘶瓠h(huán)境中爐底板熱應(yīng)力及溫度場(chǎng)分布。對(duì)于模型邊界條件施加，充分考慮熱對(duì)流換熱情況及采用函數(shù)編輯的方法將退火溫度曲線載荷施加到爐底板分析模型上，得到爐底板的溫度場(chǎng)分布情況。然后，基于ANSYS采用熱結(jié)構(gòu)耦合對(duì)爐底板進(jìn)行應(yīng)力分析，為爐底板的使用壽命的延長(zhǎng)提供了科學(xué)依據(jù)。
根據(jù)ROF爐結(jié)構(gòu)，杭州那泰有限元分析公司以其一個(gè)臺(tái)車作為分析研究對(duì)象，爐底板物性參數(shù)為：爐底板直徑為1900mm；高度為175mm；孔徑為150mm；密度7900kg/mm3；導(dǎo)熱系數(shù) 24w/(m.℃)；比熱481J/(kg.℃)；彈性模量187GPa；泊松比0.3；熱膨脹系數(shù)16.8µm/(m.℃)。為了真實(shí)地反映出爐底板實(shí)際工作狀況，在對(duì)其進(jìn)行有限元分析時(shí)，取爐底板整體作為三維有限元分析模型。然后，采用ANSYS智能網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行劃分。
爐底板支撐鋼卷進(jìn)行高溫退火處理，熱處理工藝退火曲線。爐底板在全氫爐內(nèi)的退火過(guò)程，分為加熱階段（加熱和保溫兩個(gè)階段）和冷卻階段（空冷和噴淋冷卻階段），且都是與周圍介質(zhì)（循環(huán)氫氣）強(qiáng)制對(duì)流換熱。根據(jù)熱處理工藝曲線，設(shè)定爐底板與循環(huán)氣體初始溫度為650℃。在整個(gè)溫度場(chǎng)的分析中，對(duì)流換熱在爐內(nèi)換熱中起著決定性作用。因此，常選用工程上的爐底板與氫氣的對(duì)流換熱系數(shù)作為對(duì)流邊界溫度載荷加載，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式及實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)估算得到爐底板表面直接與氫氣對(duì)流交換的對(duì)流密度200w/(mm2.℃)，爐底板承載區(qū)與氫氣的對(duì)流密度0.01w/(mm2.℃)。
溫度場(chǎng)求解分為兩個(gè)部分即加熱和冷卻過(guò)程，且設(shè)置為瞬態(tài)溫度場(chǎng)求解。根據(jù)退火曲線，載荷步設(shè)置為高溫加熱30h后，爐內(nèi)溫度達(dá)到1150℃，設(shè)定子載荷步為30。另外，在冷卻過(guò)程中，在（1200~1000）℃時(shí)間為10h，選擇子載荷步為 9，在（1000~700）℃時(shí)間為30h，選擇子載荷為15。
根據(jù)高溫退火曲線，在30h結(jié)束后，爐溫達(dá)到接近1150℃，運(yùn)用ANSYS中的Functions編輯高溫加熱函數(shù)載荷曲線。爐底板在退火爐中通過(guò)30h與循環(huán)高溫氫氣氣體對(duì)流換熱后，其溫度分布結(jié)果中，爐底板邊緣處的溫度比承載鋼卷部分高，邊緣處溫度的最高值達(dá)到1145℃，承載鋼卷處的最低溫度為1124℃左右，邊緣處與承載鋼卷區(qū)域之間的溫度差為21℃左右。這主要是由于爐底板邊緣處直接暴露在高溫氫氣中，且充分與氫氣進(jìn)行對(duì)流傳熱，而在爐底板承載鋼卷區(qū)域，因?yàn)闋t底板與鋼卷相接觸，高溫氫氣只能通過(guò)鋼卷與爐底板產(chǎn)生的接觸縫隙處進(jìn)行對(duì)流傳熱，從而導(dǎo)致熱流密度相對(duì)比較小。所以，爐底板的邊緣處溫度上升比較高，而承載鋼卷區(qū)域溫度較低。
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