带钢连续退火温度场模拟及连续退火炉设备参数的确定

　　罩式退火炉退火方式是将钢卷以成卷方式进行加热，由于带钢既薄又宽且紧绕成卷，层与层之间紧紧相连，因而径向传热的热阻非常大，又由于带钢紧卷退火的热工性能差，在加热和冷却过程中，钢卷两端、不同层和中心的温度都不相同，需花费很长时间均热，使得炉子的能耗升高，生产能力降低。连续退火是使带钢以打开的方式进入退火炉，解决了罩式退火方式下存在的能耗高、温度不均、生产能力低的问题。

　　虽然当前针对42CrMo带钢的中低温退火温度场与再结晶方面的研究较为广泛，但是还没有根据温度场对连续退火炉主要设备参数进行设计的方案。基于此，本文对42CrMo带钢的高温连续退火带钢温度场进行研究，得出带钢温度随时间变化的规律，最终计算出连续退火炉的主要设备参数。

　　目前对温度场的研究大多采用数值模拟的方法，有限元软件的开发为研究人员提供了很好的数值模拟计算工具。其中ANSYS是一种大型有限元软件，能够进行结构、热、声、流体等学科的研究。本文运用了ANSYS/thermal模块，对42CrMo带钢退火温度场进行数值模拟。

　　1高温短时退火的有限元模拟

　　本文主要考虑的是42CrMo钢带在退火炉中高温短时退火时的温度场，因此只考虑钢板横截面的温度场分布，建立Quad4node55单元，4节点二维平面单元进行分析计算。因为42CrMo带钢是展开进入连续退火炉，在带钢长度方向可视作无限长，所以只考虑带钢横截面上的温度场分布。考虑到带钢的轴对称分布特性，为便于计算，可取42CrMo带钢的1/4进行模拟。退火炉中为高温空气，退火炉通常工作温度在1000～1120℃，故设定炉内温度为1100℃，空气的对流换热系数为125W/(m²·K)。42CrMo带钢截面尺寸为宽500mm，带钢厚度为1.4mm，带钢材料物理属性如表1所示。

　　1.1边界条件处理

　　将42CrMo带钢的初始温度设置为环境温度，并在其四周施加表面对流边界条件。

　　1.2计算结果分析

　　图1为42CrMo带钢开始进入连续退火炉即时间 为0.1s时的的温度分布云图，此时整个带钢横截面的温度分布差异很明显，最大温度与最小温度相差3℃。

　　当带钢进入连续退火炉的时间为31.4s时，整个钢带截面温度分布已接近均匀，最大温度与最小温度相差不到1℃，当时间到达32.4s，整个钢带截面温度分布达到均匀。

　　计算完成后，可得出带钢每一个计算步的温度变化，即带钢从进入退火炉到出退火炉的的温度随时间的变化，拟合出该温度随时间变化的曲线。如图2所示。