【摘 要】
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高强钢在汽车制造、机械设备、工程钢结构等领域有着广泛的应用,同时极限低温回火技术是高强钢板性能稳定性提升的关键技术之一。经过热处理后的钢板,其板形及性能是否优良与炉温的控制精度有直接的关系,一般要求控温精度偏差小于±5℃。高端高强钢产品一般要求进行炉温低于300℃的回火热处理工艺,并且对温度敏感性很高,因此在低温回火时对回火炉的温度均匀性和控温精度要求较高。而在炉温小于300℃时,国内常用回火炉的
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高强钢在汽车制造、机械设备、工程钢结构等领域有着广泛的应用,同时极限低温回火技术是高强钢板性能稳定性提升的关键技术之一。经过热处理后的钢板,其板形及性能是否优良与炉温的控制精度有直接的关系,一般要求控温精度偏差小于±5℃。高端高强钢产品一般要求进行炉温低于300℃的回火热处理工艺,并且对温度敏感性很高,因此在低温回火时对回火炉的温度均匀性和控温精度要求较高。而在炉温小于300℃时,国内常用回火炉的温度均匀性和控温精度偏差都在20～30℃以上,难以满足高端高强钢产品生产要求。针对上述问题,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室研发了采用热风循环的新型中低温回火炉。本文采用有限元数值模拟技术,建立了热风循环炉内热风冲击钢板加热过程仿真平台,研究了热风循环炉喷箱结构参数对炉内流场的影响,分析了流动参数和喷嘴参数对热风冲击加热钢板的换热特性的影响规律,并利用钢板的摆动加热,来达到用于生产高端高强钢的回火炉的控温精度偏差要求,从而对热风循环炉设计制造提供理论指导。主要研究工作和成果如下:（1）对高强钢钢板进行了不同加热方式的升温实验研究,得出采用热风冲击加热方式加热钢板的换热强度及换热效率比采用辐射传热的加热方式要高很多,并对循环热风冲击加热钢板的换热特性进行了研究,探究了射流流速对热风冲击加热钢板换热效率的影响规律。（2）系统分析了热风循环式回火炉的工作原理以及钢板在热处理过程的传热现象,利用FLUENT通用CFD仿真软件对强制循环系统进行数值模拟,建立了热风循环式回火炉的数学模型,并进行了网格无关性的验证及湍流模型的选取。（3）基于热风冲击钢板加热过程的仿真平台,研究了热风循环炉喷箱结构参数对炉内流场的影响。通过分析确定合适的喷箱长度和风道斜板上圆孔直径等炉体结构参数获得较好的喷嘴进口处压力分布均匀性;基于上述炉体结构参数建立新的回火炉数学模型,并进行模拟仿真,将仿真结果与实验测量结果对比,验证了用于模拟仿真数学模型的准确性。（4）基于热风冲击钢板加热过程的仿真平台,研究了射流喷嘴参数和运动参数对热风冲击加热钢板的换热特性的影响,获得各喷嘴参数和运动参数对钢板换热性能的影响规律,并且在本文仿真模拟中,选择最合适喷嘴参数;并通过对比钢板不同运动状态下受到冲击加热的模拟仿真结果,得出钢板的摆动加热可以使钢板在进行低温回火热处理时达到温度均匀性的设计要求。
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