The Heat Transfer and Thermal Stress Analysis of an Acting-type Heat Retention Panel and a Hot Blast Stove

摘要

鋼鐵製程中，上游高爐鐵水煉製之產量與下游熱軋帶鋼本身性質的提升是製程中持續受到關注的重點，因此本研究以數值模擬針對熱軋過程所使用之持溫設備與高爐製程中所使用之熱風爐進行研究，第一部分為熱軋廠直火式保溫罩熱傳分析，第二部分則為熱風爐熱應力之分析。 高溫鋼胚經粗軋後成為中間胚，並經由輥道輸送經過保溫罩等持溫設備進行持溫，而在持溫過程中，中間胚之溫度分佈將影響軋延完成後之鋼材機械性質與表面品質。本研究以中鋼2號熱軋廠傳統被動式保溫罩持溫區段為對象，以數值方法建構產線之二維與三維熱傳模型。本研究首先以二維模型進行分析，能夠依據不銹鋼中間胚頭尾溫度值分析結果迅速更換邊界參數之設定，接著以二維模型建立之邊界參數作為三維模型之邊界參數設定，分析中間胚在輸送過程中，中間胚頭、尾部溫度與完整之溫降曲線數值解，並與實測數據進行比對校正。最後建構直火式保溫罩持溫設備熱傳模型，由分析可知中間胚的頭尾溫差能透過直火式裝置減少至32 03°C與1 34°C。 熱風爐在操作過程中壁面的耐火磚受熱風高溫長時間作用會產生變形抑或是破壞，嚴重時熱風會透過壁面的裂縫滲透至鐵殼，使得熱應力集中並產生熱點現象，最後影響熱風爐之產能與效率。本研究首先建立三維數值模型探討熱風爐爐體結構中所預留之膨脹縫對於熱應力之影響。由模擬結果可知，預留膨脹縫之設計能降低耐火磚之熱應力，接著將此膨脹縫引入熱風爐整體之模型進行熱應力分析。由數值模擬可知，熱應力主要集中於蓄熱爐與燃燒爐上方之內層磚頸部、拱頂之間的連接管與熱風爐下方送風支管。

獎項日期	2019
原文	English
監督員	Jiin-Yuh Jang (Supervisor)