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環(huán)形退火爐是對鋼卷進行高溫退火的關(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程中，受退火工藝交變熱應(yīng)力的影響，一般使用一段時間后邊緣位置處開始出現(xiàn)裂紋，會給卷材的成型質(zhì)量帶來影響。當(dāng)爐底板裂紋長度逐漸變長后，該爐底板必須報廢。因此，提高爐底板使用壽命成了制造業(yè)面臨的一個重要的技術(shù)難題。為此，文獻等大多數(shù)國內(nèi)外學(xué)者對爐底板在退火過程中的溫度場、應(yīng)力場進行了數(shù)值模擬。然而，對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段的離散溫度值載荷施加在爐底板表面上，進行溫度場與應(yīng)力場模擬分析。分析方法未充分考慮實際的熱對流情況（爐底板與填充氫氣之間的熱交換參數(shù)）及實際退火溫度曲線的施加，導(dǎo)致得出的結(jié)果與實際情況相差較大。利用有限元分析法計算了在卷材高溫?zé)崽幚硗嘶瓠h(huán)境中爐底板熱應(yīng)力及溫度場分布。對于模型邊界條件施加，充分考慮熱對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分布情況。然后，基于ANSYS采用熱結(jié)構(gòu)耦合對爐底板進行應(yīng)力分析，為爐底板的使用壽命的延長提供了科學(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臺車作為分析研究對象，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.℃)。為了真實地反映出爐底板實際工作狀況，在對其進行有限元分析時，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)格對模型進行劃分。
爐底板支撐鋼卷進行高溫退火處理，熱處理工藝退火曲線。爐底板在全氫爐內(nèi)的退火過程，分為加熱階段（加熱和保溫兩個階段）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）強制對流換熱。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℃。在整個溫度場的分析中，對流換熱在爐內(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流換熱系數(shù)作為對流邊界溫度載荷加載，根據(jù)經(jīng)驗式及實驗測量數(shù)據(jù)估算得到爐底板表面直接與氫氣對流交換的對流密度200w/(mm2.℃)，爐底板承載區(qū)與氫氣的對流密度0.01w/(mm2.℃)。
溫度場求解分為兩個部分即加熱和冷卻過程，且設(shè)置為瞬態(tài)溫度場求解。根據(jù)退火曲線，載荷步設(shè)置為高溫加熱30h后，爐內(nèi)溫度達到1150℃，設(shè)定子載荷步為30。另外，在冷卻過程中，在（1200~1000）℃時間為10h，選擇子載荷步為 9，在（1000~700）℃時間為30h，選擇子載荷為15。
根據(jù)高溫退火曲線，在30h結(jié)束后，爐溫達到接近1150℃，運用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30h與循環(huán)高溫氫氣氣體對流換熱后，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，且充分與氫氣進行對流傳熱，而在爐底板承載鋼卷區(qū)域，因為爐底板與鋼卷相接觸，高溫氫氣只能通過鋼卷與爐底板產(chǎn)生的接觸縫隙處進行對流傳熱，從而導(dǎo)致熱流密度相對比較小。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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