[发明专利]一种大型光亮退火马弗管等蠕变寿命的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种主要用于大型立式光亮退火马弗炉，实现带钢的光亮退火工艺的大型光亮退火马弗管等蠕变寿命的设计方法。

背景技术

近年来，广泛应用于汽车、电子、建筑、家电和五金等行业的不锈钢光亮板（BA板）以其良好的耐蚀性和镜面般的光亮正受到人们越来越多的青睐。光亮退火处理工艺是生产光亮不锈钢板的关键工序，大型光亮退火炉是光亮退火生产线的主要设备，如图1所示，为一典型马弗炉结构。该马弗炉内有一根光亮退火马弗管，内部充满保护气体，外部采用40个沿马弗管切线方向180度布置的LPG燃气烧嘴加热马弗管，马弗管温度1350K左右，马弗管再将热量传导给带钢，实现不锈钢带的光亮退火。马弗管上端用法兰固定，下端自由伸长液封。马弗管全长28m左右，由12段不同厚度、不同尺寸的钢板焊接而成，内径为1.8m不变，如图2所示。马弗管长期在高温及自重作用下，再加上温度不均，会出现许多缺陷，如径缩、截面变形、蠕变伸长等，使马弗管报废，严重影响了生产进度和增加了生产成本，因此，马弗管的正常运转与否直接影响到不锈钢板带光亮退火的质量和产量。

目前使用的马弗管，是由12段不同厚度不同尺寸的钢板焊接而成。由于正常工作时，马弗管要承受自重作用，且长期在高温情况下使用，再加上烧嘴喷射燃气燃烧的不均匀，使马弗管不同位置蠕变变形相差很大，从而导致各段蠕变变形和持久寿命不一致。尽管现有设计采用上端厚度大，下端厚度小，但设计时未考虑马弗管实际运行的温度分布和各段受力不均，使得马弗管的不同区段的蠕变寿命严重不一致。在使用一定阶段后靠近上端的位置变形严重，导致马弗管整体报废，马弗管的整体寿命较低。然而其他大部分区段变形较小，蠕变寿命未达到材料的寿命极限。所以研究设计一种等蠕变寿命的马弗管意义重大。

发明内容

本发明的目的是提出一种使光亮退火马弗管满足等蠕变寿命的设计方法，解决原有马弗管不同部位蠕变变形和持久寿命相差较大的问题，使马弗管上下不同区段在使用相同时间的蠕变变形接近相等，继而可延长马弗管的整体使用寿命，减少修复和更换次数，大大节省成本。

马弗管的蠕变变形或蠕变寿命与温度和应力相关，为了实现等蠕变寿命，需要对马弗管上的温度和应力进行综合分析，使各段蠕变寿命在实际使用时达到近似一致。马弗管上端固定下端自由伸长，正常工作时只承受自重作用，因此马弗管上不同位置的应力与马弗管的尺寸直接相关，可通过合理设定马弗管不同区段的厚度和尺寸来改变马弗管上的应力，结合模拟计算所得马弗管上的温度，使马弗管不同区段的蠕变变形或蠕变寿命接近相等。

本发明的技术方案是一种大型光亮退火马弗管等蠕变寿命的设计方法，具体设计方法如下：

步骤1：步骤1：设定马弗管的直径，分为12个加热区段，根据退火带钢材质、尺寸规格、退火速度带入公式（1）计算出马弗管不同区段的内壁热流密度：

q=QS=S′vρQ′πdl---(1)]]>

式中，q为每个加热段马弗管内壁热流密度，w/m²；

Q为带钢单位时间内带走的热量，J；

S为每个加热段马弗管内壁表面积，m²；

S′为带钢截面面积，m²；

v为带钢运动速度，m/s；

ρ是带钢的密度，kg/m³；

Q′为带钢单位时间单位质量吸收的热量，J；

d为马弗管内径，m；

l为每个加热段马弗管长度，m；

根据公式（2）可算出Q′，

Q′=CΔt                                            （2）

其中，C为带钢比热容，J/kgK；

Δt为带钢温度变化量，K；