基于ANSYS的鞍钢退火炉底辊多场耦合分析及应用.pdf

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1、工程硕士学位论文基于ANSYS的鞍钢退火炉底辊多场耦合分析及应用ANALYSISOFMULTIFIELDCOUPLEDOFTHECONVEYORROLLERFORTHEANNEALINGFURNACEOFANSTEELCOMPANYBASEDONANSYS&APPLICATION关峰哈尔滨工业大学2018年3月国内图书分类号：TH132.4学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于ANSYS的鞍钢退火炉底辊多场耦合分析及应用硕士研究生：关峰导师：王武义教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：鞍山钢铁集团公司答

2、辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH132.4U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANALYSISOFMULTIFIELDCOUPLEDOFTHECONVEYORROLLERFORTHEANNEALINGFURNACEOFANSTEELCOMPANYBASEDONANSYS&APPLICATIONCandidate：GuanFengSupervisor：Prof.WangWuyiAcademicDegreeAppliedfor：

3、MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalEngineeringAffiliation：AnSteelCompanyDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要本文所分析研究的退火炉底辊是鞍钢硅钢厂退火炉生产的重要支撑设备。原设计的炉底辊在运行过程中，炉底辊辊筒易因冷却循环水状态改变而发生弯曲，进而导致炉辊不能旋转，直接造成运送中的带钢表面产生划伤，不符合用户

4、对产品表面质量的要求，造成了很大的影响。每年类似事故发生约435小时，严重制约了生产的顺行，所以对该炉底辊的研究意义非常大。通过对冷却水在通道入出口压力和流速的测量和理论计算分析，发现原设计炉底辊冷却水进出水通道结构相对复杂，导致了沿程压力损失较大，进而导致了冷却水在螺旋辊筒出口的压力和流速变化较大。为分析冷却水压力和流速对辊筒温度的影响，基于ANSYS/FLOTRAN的仿真计算，炉底辊辊筒的温度随冷却循环水的流域宽度增大而减小；炉底辊辊筒温度随冷却水压力的增大而减小，辊筒的温度下降速度随冷却水压力的升高而变快，冷却水的流速在螺旋辊筒导水叶片靠

5、近进水轴头侧最低，是螺旋叶片断裂堵塞芯管的重要原因。为判断炉底辊变形的原因，通过在ANSYS软件建立炉底辊的三维热弹耦合有限元模型，得到了炉底辊工作过程中在热、外载荷、冷却循环水多场耦合作用下的温度分布。找出了炉底辊弯曲的直接原因是冷却水流通状态不好，导致辊筒温度急剧上升，进而导致炉底辊在弹性模量的急速降低，进而炉底辊发生高温蠕变的现象。为解决炉底辊的变形，借助ANSYS软件，以降低炉底辊辊筒的进出水通道压力损失为目标，对鞍钢硅钢退火炉底辊结构进行了优化，得到了最优解，改进后沿程压力损失降低了约91%。炉底辊进出水结构的优化，也减轻了炉底辊的质

6、量。根据优化的参数，对退火炉底辊改进设计，建立了三维模型，提升了设计的效率和准确性。通过实践验证，改进后炉底辊的进出水通道压力损失与优化设计结论一致，验证了优化设计的结论，改进有效。改进后的水冷辊运行状态良好，满足生产连续性的需求。关键词：退火炉炉底辊；温度场计算；热弹耦合应力；优化设计；三维CAD建模；应用-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAsaveryimportantpartoftheannealingfurnace,thedesignoffurnacebottomrollerinvolvesmechanicalengi

7、neering,thermodynamics,heattransferanalysisandotherfieldsanddisciplines.Atpresent,mostoftheresearchfocusesonthematerialoftherollercoatingandtheflowofcoolingwater.Buttherearelittleattentiontotheeffectthattheflowofcoolingwaterandtheparametersofthefurnacerollerhaveontheheatflow

8、couplingandthethermo-elasticcoupling.However,theflowpatternofthecoolingwate