專利名稱：一種大型光亮退火馬弗管等蠕變壽命的設計方法
技術領域：
本發明屬于冶金領域，涉及一種主要用于大型立式光亮退火馬弗爐，實現帶鋼的光亮退火工藝的大型光亮退火馬弗管等蠕變壽命的設計方法。
背景技術：
近年來，廣泛應用于汽車、電子、建筑、家電和五金等行業的不銹鋼光亮板(BA板)以其良好的耐蝕性和鏡面般的光亮正受到人們越來越多的青睞。光亮退火處理工藝是生產光亮不銹鋼板的關鍵工序，大型光亮退火爐是光亮退火生產線的主要設備，如圖I所示，為一典型馬弗爐結構。該馬弗爐內有一根光亮退火馬弗管， 內部充滿保護氣體，外部采用40個沿馬弗管切線方向180度布置的LPG燃氣燒嘴加熱馬弗管，馬弗管溫度1350K左右，馬弗管再將熱量傳導給帶鋼，實現不銹鋼帶的光亮退火。馬弗管上端用法蘭固定，下端自由伸長液封。馬弗管全長28m左右，由12段不同厚度、不同尺寸的鋼板焊接而成，內徑為I. Sm不變，如圖2所示。馬弗管長期在高溫及自重作用下，再加上溫度不均，會出現許多缺陷，如徑縮、截面變形、蠕變伸長等，使馬弗管報廢，嚴重影響了生產進度和增加了生產成本，因此，馬弗管的正常運轉與否直接影響到不銹鋼板帶光亮退火的質量和產量。目前使用的馬弗管，是由12段不同厚度不同尺寸的鋼板焊接而成。由于正常工作時，馬弗管要承受自重作用，且長期在高溫情況下使用，再加上燒嘴噴射燃氣燃燒的不均勻，使馬弗管不同位置蠕變變形相差很大，從而導致各段蠕變變形和持久壽命不一致。盡管現有設計采用上端厚度大，下端厚度小，但設計時未考慮馬弗管實際運行的溫度分布和各段受力不均，使得馬弗管的不同區段的蠕變壽命嚴重不一致。在使用一定階段后靠近上端的位置變形嚴重，導致馬弗管整體報廢，馬弗管的整體壽命較低。然而其他大部分區段變形較小，蠕變壽命未達到材料的壽命極限。所以研究設計一種等蠕變壽命的馬弗管意義重大。

發明內容
本發明的目的是提出一種使光亮退火馬弗管滿足等蠕變壽命的設計方法，解決原有馬弗管不同部位蠕變變形和持久壽命相差較大的問題，使馬弗管上下不同區段在使用相同時間的蠕變變形接近相等，繼而可延長馬弗管的整體使用壽命，減少修復和更換次數，大大節省成本。馬弗管的蠕變變形或蠕變壽命與溫度和應力相關，為了實現等蠕變壽命，需要對馬弗管上的溫度和應力進行綜合分析，使各段蠕變壽命在實際使用時達到近似一致。馬弗管上端固定下端自由伸長，正常工作時只承受自重作用，因此馬弗管上不同位置的應力與馬弗管的尺寸直接相關，可通過合理設定馬弗管不同區段的厚度和尺寸來改變馬弗管上的應力，結合模擬計算所得馬弗管上的溫度，使馬弗管不同區段的蠕變變形或蠕變壽命接近相等。本發明的技術方案是一種大型光亮退火馬弗管等蠕變壽命的設計方法，具體設計方法如下
步驟I :步驟I :設定馬弗管的直徑，分為12個加熱區段，根據退火帶鋼材質、尺寸規格、退火速度帶入公式(I)計算出馬弗管不同區段的內壁熱流密度
權利要求
1. ー種大型光亮退火馬弗管等蠕變壽命的設計方法，其特征在于，具體包括以下步驟 步驟I :設定馬弗管的直徑，分為12個加熱區段，根據退火帶鋼材質、尺寸規格、退火速度帶入公式(I)計算出馬弗管不同區段的內壁熱流密度q-H⑴ 式中，q為每個加熱段馬弗管內壁熱流密度，w/m2 ； Q為帶鋼單位時間內帶走的熱量，J ； S為每個加熱段馬弗管內壁表面積，Hl2 ; S/為帶鋼截面面積，Hl2 ; V為帶鋼運動速度，m/s ； P是帶鋼的密度，kg/m3 ; Q'為帶鋼単位時間單位質量吸收的熱量，J ; d為馬弗管內徑，m ； I為每個加熱段馬弗管長度，m; 根據公式(2)可算出Q'，Q' =CAt(2) 其中，C為帶鋼比熱容，J/kgK; At為帶鋼溫度變化量，K ; 步驟2 :借助CFD軟件，根據實際馬弗爐結構、加熱及燃燒エ藝特點，采用等效熱流密度表征馬弗管內保護氣體和帶鋼的換熱，建立大型光亮退火馬弗爐加熱段溫度場的三維仿真模型；選擇組分傳輸燃燒模型、離散坐標(DO)輻射模型和標準k- e雙方程湍流模型描述馬弗爐內燃燒、換熱和氣體流動，應用SIMPLE計算方法進行求解，計算得到馬弗管上的每個加熱區段上的平均溫度T ; 步驟3 .3.I)根據馬弗管實際使用條件，采用拉伸蠕變實驗方法，在不同溫度和應カ下對馬弗管材料進行多組拉伸蠕變實驗，獲得蠕變曲線；采用e映射本構模型對蠕變曲線進行擬合，0映射本構模型如下 = 01( \ — e 1 ) +'' — I)、い 式中〃為蠕變應變； t是時間，h ； . 0 = 1，2，3,4)是與材料、溫度以及應力有關的系數，滿足如下關系 In 9 ±=B^bi O +CiT+di o T(4) 式中ai、わ、Ci、も是與溫度相關的材料常數， T是溫度，K， O是應力，MPa; 通過本構擬合得到不同溫度不同應カ下本構參數0 i，根據式(4)可以得到も、、、。、‘這些材料常數，繼而可預測不同溫度和應カ下的蠕變變形； .3.2)根據馬弗管實際使用條件，采用持久蠕變實驗方法，選擇不同溫度和應カ對馬弗管材料進行多組持久蠕變實驗，獲得持久斷裂曲線，根據持久斷裂曲線求得Larson-Miller公式中的參數，公式如下
全文摘要
本發明一種大型光亮退火馬弗管等蠕變壽命的設計方法，該方法結合實驗和數值模擬，設計的馬弗管上下區段的使用壽命接近相等，首先，計算馬弗管內壁熱流密度；模擬計算馬弗管上溫度；拉伸蠕變和持久蠕變實驗，求得θ映射本構模型參數和Larson-Miller參數；計算H段的應力，根據計算所得溫度，得到應變為0.3時蠕變變形壽命極限和蠕變持久壽命極限，判斷H段馬弗管的壽命；使上下兩段的壽命相等，得到應變為0.3時G段的應力，繼而求得該段蠕變持久壽命極限，判斷并確定G段的應力，計算得到G段的厚度；計算F段的應力，確定G段的長度和F段的厚度；逐一確定上端每段的厚度和長度。該方法設計的馬弗管能夠延長整體使用壽命。
文檔編號G06F17/50GK102819649SQ20121029115
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者孫朝陽, 武傳標, 張清東, 李 瑞, 楊競 申請人:北京科技大學