墊塊高度、鋼胚間距及接觸熱阻對於鋼胚於動樑式加熱爐內之升溫特性分析

Translated title of the thesis: The Effects of Skid Button Height Slab Gap and Thermal Contact Resistance on the Heating Characteristics of Slabs in a Reheating Furnace
  • 李 陽五

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

隨著快速的經濟發展,近年來環境保護的議題逐年受到重視,為了達到節能減碳、綠色生產的目標,中鋼公司使用先進的冶煉、軋延及冶金技術來生產優良鋼材,達到高效率、低能耗的水準,藉此提升產業競爭力、提高產值。鋼胚的溫度分佈將影響鋼材的機械性質,因此加熱爐內的溫度控制將是影響鋼胚品質的關鍵技術之一。為提升加熱爐之效能,降低操作成本,亟需建立完整的加熱爐設計及溫控核心技術。 本研究利用數值方法分析鋼胚於加熱爐內的升溫特性效應,並探討不同幾何構造對於鋼胚的影響,分為兩個模型進行模擬,第一種為給定爐壁溫,未考慮燃燒及流場效應;第二種為求解鋼胚和加熱爐以燃燒所產生的高溫氣體進行耦合計算,從而得到加熱爐內溫度分佈、流場分佈以及鋼胚的溫度分佈。三維加熱爐模型內包含支撐墊塊、靜動樑系統、冷卻水道、燃燒噴嘴與鋼胚,全文分為四個部份進行分析,首先使用第一種模型(定壁溫無燃燒,一塊鋼胚)探討墊塊高度,接著使用第二種模型建立三維燃燒模組,探討爐內氣體溫度及鋼胚的溫度分佈情況,第三部分使用第一種模型(定壁溫無燃燒,一塊鋼胚)探討接觸熱阻及第四部分使用第一種模型(定壁溫無燃燒,三塊鋼胚)鋼胚間距對於鋼胚的升溫性以及溫度分佈的影響。 討論不同墊塊高度,分別為60mm、90mm及120mm下進行數值運算。結果顯示其整體的上下表面溫差依序為42 8K、38 0K及34 4K。因墊塊高度越高,會減少所受輻射遮蔽效應的影響,使鋼胚的溫度分佈均勻性較佳。鋼胚升溫曲線與中鋼實驗值比較,整體平均誤差在10%以內。 建立三維燃燒模組,結果顯示超過90%的熱傳機制為輻射熱傳。燃燒求得的平均爐壁溫與定爐壁溫之各區結果誤差依序為3 9%、4 5%、2 1%、0 6%及1 3%,並求得不同墊塊高度下其出口溫度最大誤差小於3%,印證定爐壁溫模擬結果的合理性。因墊塊高度增加,降低冷痕現象的溫差,並與第一種模型升溫曲線進行比對,整體平均誤差約為9 1%。 考慮不同接觸熱阻,分別為未考慮接觸熱阻、hc=23000W/m2-K及hc=18000W/m2-K三種狀況。結果顯示接觸熱阻可稍微減緩冷痕效應。 討論不同鋼胚間距,分別為50mm、75mm及100mm下進行數值運算。結果顯示其較受影響位置位在邊緣y-z截面,其上下表面溫差依序為67 2K、62 2K及58 2K。而中心y-z截面因距離邊緣較遠,較不受影響,其上下表面溫差依序為77 2K、76 3K及75 5K。其整體的上下表面溫差依序為74 7K、72 8K及71 3K,結果顯示當鋼胚間距越大時,因所受的側面輻射熱傳較大,能有效降低冷痕現象的溫差。
Date of Award2015 Jun 17
Original languageChinese
SupervisorJiin-Yuh Jang (Supervisor)

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