罩式退火炉不同内罩结构传热效率

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.05.036 第27卷第5期 北京科技大学学报 VoL.27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2005 罩式退火炉不同内罩结构传热效率 张海涛”张杰”曹建国”荆友莲)吴长春) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)攀枝花钢铁研究院，華枝花617000 摘要针对传统的罩式退火炉内罩纵向刚度低的问题，提出了一种内罩结构形式一网格 形内罩，通过对对流换热系数、传热面积等影响传热效率的各因素进行理论计算，将传统内 罩与新型内罩进行了比较研究.指出了网格形结构对于提高内罩的换热效率，增加罩式炉的 生产能力是有利的 关键词罩式退火炉：内罩：传热效率 分类号TF062.26 1罩式退火炉内罩结构 通过内罩与氢气、氢气与带钢之间的对流换热以 及内罩与带钢之间的热辐射换热来实现的，由于 罩式退火炉用于带钢冷轧后的退火，其基本 炉内辐射换热条件较差，在整个退火过程中对流 结构主要由炉台、内罩、加热罩及冷却罩等部分 换热量是辐射换热量的20~250倍，因此可以只 组成，目前罩式退火炉的内罩有平板形和波纹形 考虑对流换热而忽略辐射换热的影响.由传热 两种形式.波纹形内罩与平板形内罩相比具有传 学基本理论，流体与壁面之间的对流换热基本方 热面积大、抵抗径向变形能力强的优点，但其抵 程为： 抗纵向变形能力却较差.为提高被纹形内罩的纵 g=hS△T (1) 向刚度，提出了一种新的网格形内罩结构.即在 式中，Q对流换热热流量，W:h为对流换热系数， 原来横波纹形结构的基础上增加纵向波纹，形成 Wm2.℃：为流体直接接触的壁面面积，m: 网状波型，如图1所示，显然这种结构能提高内 △T为流体与壁面之间的温度差，℃. 罩的纵向刚度，但其对内罩传热效率的影响还需 2值反映了内罩的传热效率，它与h,S和△T 做进一步研究 都有关.△T主要由罩式炉加热制度决定，与内罩 波纹形内罩 网格状内罩 结构无必然联系；显然S与内罩的结构有关.对流 换热系数h按下式计算： o3w月12门 (2) 式中，Ψ为涡流引起的对流强化系数：V为流体的 流速，ms;k为流体导热系数，Wm↓.℃；4为 流体动力粘度，Pas:p为流体密度，kgm:D为流 图1内罩结构改造 体的通流直径，m;L为流体流动路线的长度，m. Fig.1 Reconstruction of an inner cover k,4,P是由流体的物理性质决定的，与内罩结 构无关；D,L也与内罩壁面形态无关.改变内罩 2内罩结构对传热效率的影响 的壁面形状，意味着内罩表面粗糙度的改变，这 罩式退火炉在退火过程中，内罩内充满保护 样可能会影响氢气的运动速度V和运动状态y. 气体（一般为纯氢气）.钢卷的加热与冷却主要是 2,1内罩结构对氢气流速的影响 在退火炉的内罩内部，氢气的流动主要分为 收稿日期：200407-14修回日期：200409-26 卷芯通道、对流板通道和卷边通道.图2为内罩 基金项目：国家“九五"攻关项目N0.95-52701-02-04) 作者简介：张海涛(1979一)，男，硕士研究生 内氢气流动网络示意图.图中，”为氢气的平均

第 27 卷 第 5 期 2 00 5 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Jo u rn a l Of U n 淞. 1灯 o f s e ie n c e a n d l ’e c h n o 】o gy B eij in g M , L2 7 N O 一 5 O C t . 2 0 05 罩式退火炉不 同 内罩结构传热效率 张 海 涛 ` , 张 杰 ” 曹建 国 ` , 荆 友 莲 ” 吴 长春 ” l) 北京 科技 大学机 械工 程学 院 , 北京 10 00 83 2) 攀枝 花钢 铁研 究 院 , 攀 枝花 61 70 0 摘 要 针 对传 统 的罩 式退 火炉 内 罩纵 向刚度 低 的 问题 , 提 出 了一种 内罩 结 构形 式— 网 格 形 内罩 . 通过 对对 流换 热 系数 、 传热 面积 等 影响传 热 效率 的各 因素 进行 理 论计算 , 将 传 统 内 罩 与新 型 内罩进行 了比 较研 究 . 指 出了网格 形 结构对 于提 高 内罩 的换 热效 率 , 增 加 罩式 炉 的 生产 能力 是有 利 的 . 关键 词 罩式 退火 炉 : 内罩 : 传热 效率 分类 号 FT 0 6 .2 26 1 罩 式 退 火 炉 内罩 结 构 罩 式退 火炉 用 于带 钢冷 轧 后 的退 火 , 其基 本 结 构主 要 由炉 台 、 内罩 、 加热 罩 及 冷 却罩 等部 分 组成 . 目前 罩式 退火 炉 的 内罩有 平板 形和 波 纹形 两种 形 式 . 波纹 形 内罩 与平板 形 内罩 相 比 具有 传 热面 积大 、 抵 抗径 向变形 能力 强 的优 点`l] , 但其 抵 抗纵 向变 形 能力 却较 差 . 为提 高 波纹 形 内罩 的纵 向刚 度 , 提 出 了一种 新 的 网 格 形 内罩 结构 . 即在 原来横 波 纹形 结构 的基础 上增 加纵 向波 纹 , 形 成 网状波 型 , 如 图 1 所 示 . 显 然 这种 结 构 能提 高 内 罩 的纵 向刚度 , 但 其对 内罩传热 效 率 的影 响还 需 做 进 一步 研 究 . 波纹形内罩 . 网格状 内罩 · I { ` 尸一一 二习 l R l 通过 内罩与 氢气 、 氢 气 与 带钢 之 间的对 流 换热 以 及 内罩 与带钢 之 间 的热 辐射 换热 来 实现 的 . 由于 炉 内辐射 换 热条 件较 差 , 在 整个 退 火过 程 中对流 换热 量 是辐 射 换 热量 的 2 0~2 50 倍 `21 , 因此 可 以只 考 虑 对 流 换 热 而 忽 略辐 射 换 热 的 影 响 . 由传 热 学基 本理 论 , 流 体与 壁 面之 间 的对流 换 热基 本方 程 。 ,为 : 口 = h · S · △T ( l) 式 中 , Q 对 流 换 热 热流 量 , W ; h 为 对流 换 热系 数 , W · m 一 2 · ℃ 一 , ; S 为 流 体 直 接 接 触 的 壁 面 面 积 , m , ; △T 为流 体 与壁 面 之 间 的温度 差 , ℃ . Q值 反 映 了 内罩 的传 热 效 率 , 它 与 h , S 和△T 都有 关 . △T 主要 由罩式 炉 加 热制 度 决 定 , 与 内罩 结构 无必 然联 系 ; 显然 S 与 内罩 的结 构有 关 . 对 流 换 热 系 数 h 按 下 式 计算 , , : ” 一 0 · ” , , · 尹 · 贷 · 暗) 一 “ [ 卜 !孚) 。 ( 2 ) 图 1 内革 结构 改造 F i乡 1 翻比c o . , t r u c it o n of a n in . e r e o v e r 2 内罩 结 构 对传 热 效率的 影 响 罩式 退 火炉 在退 火 过程 中 , 内罩 内充 满保 护 气 体 ( 一般 为 纯氢 气 ) . 钢 卷 的加 热 与冷 却 主要 是 收稿 日期 : 20 0今刃 7 一 14 修回 日期 : 2 00 今习9 es 2 6 基金 项 目: 国家 “ 九五 ” 攻关 项 目困.0 95 一 5 27 一l 一Z es D4) 作者 简介 : 张海 涛 ( 197 9一) , 男 , 硕 士 研 究生 式 中 , 尹为涡 流 引起 的对流 强 化 系 数 ; V为 流体 的 流 速 , m · s 一 , ; k 为 流 体 导 热 系 数 , W · m 一 , · ℃ 一 ` ;产 为 流 体动 力粘 度 , P .a s ; P 为 流体 密度 , 吨 · m 一 , ; D 为流 体 的通流 直 径 , m ; L 为流 体流 动 路 线 的长 度 , m . k, 户 , P 是 由流体 的物理 性质 决 定 的 , 与 内罩 结 构无 关 ; D , L 也 与 内罩壁 面 形 态 无 关 . 改变 内罩 的壁 面 形状 , 意 味着 内罩 表 面粗 糙 度 的 改变 , 这 样 可 能 会 影响 氢气 的运 动速 度 F和运 动 状 态 件 .2 1 内罩结 构 对 氢 气流 速 的影 响 在 退火 炉 的 内罩 内部 , 氢气 的流 动主 要分 为 卷 芯 通道 、 对流 板 通 道和 卷 边通道 . 图 2 为 内罩 内氢 气 流动 网络示 意 图 . 图中 , 犷为氢 气 的平 均 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 05. 036

Vol.27 No.5 张海涛等：罩式退火炉不同内罩结构传热效率 ·533· 流速，ms':下标n为带钢层数（一般n≤5），下标 c,P,e分别代表卷芯、对流板、卷边通道各物理参 数（以下同）.罩式炉在加热过程中氢气的流动方 向与图2所示方向一致，而在冷却过程中流动方 向恰好相反. 设在退火过程中，氢气体积保持不变且为定 常流动，则据流体力学相关原理—一流动网络图 中每个节点的流入与流出的流体总量相等，及围 绕任一回路的流动损失代数和为零一可分别 建立流量连续方程组和流动损失方程组： VA=VLAa+VAp=VA-2. VeA=VaAa+VnAp=VaAc (3) Van-IMAcn-n=VinAe+VmApr=Van-iAdn-1 VinAn-VamiApm-VenAcn 哈 +a元路+哈% 始g 图2内罩内氢气流动网络图 Fig.2 Flow net of hydrogen gas in the inner cover +爱品+g+u元⅓ (4) 式中，A为对流板通道流通面积，m2;h为第i层 带钢底部对流板的高度，m. L。 Dr 2g (2)特征尺度L.特征尺度为通道长度： ubn Lgmt+Em 2g L-Lu-htghg (7) 式中，A为各通道的流通面积，m2:2。为炉台风机 Lr-}D.-D) 额定循环风量，ms';L为各通道的特征尺度， 式中，L,L,Lp为分别为卷芯、卷边、对流板通道 m:D为各通道的当量直径，m:为各通道的局部 的特征尺度，m;h,为第i层带钢卷的宽度，m. 阻力系数：1为各通道的沿程阻力系数：g为重力 (3)当量直径D.根据当量直径的定义，可得 加速度，ms2. 各通道当量直径： 方程组(3)和(4)中各参数确定方法如下： D.-D. (1)流通面积A,卷芯通道和卷边通道的流通 D.FDov-Do (8) 面积分别为 1 D Dw2hD.2h D.2hg Ao4D 式中DD,D,为分别为卷芯、卷边、对流板通道 (5) 当量直径，m. A.4(Di-D) (4)阻力系数5，.局部阻力系数5由通道的几 式中，AA为卷芯、卷边通道的流通面积，m2: 何形状和尺寸决定，可查阅相关手册取值.对于 Do为内罩的内径，m:D,D为带钢卷的内、外 沿程阻力系数2，当雷诺数Re<2300时，氢气处于 径，m;下标为带钢层序，即第i层带钢，以下同. 层流状态，沿程阻力系数利用下式计算： 由对流板实际结构，认为其一半高度和一半 =64 周长所围成的矩形截面参与流通，带钢的内外径 e (9) 平均值作为通道的平均半径，则对流板通道截面 Re-PVL 积为： 式中，Re为雷诺数.当Re>2300时，氢气处于紊流 A-gialD.+D.)h (6) 状态，此时沿程阻力损失与内罩壁面粗糙度ε以

V匕】 一 2 7 N 0 . 5 张海 涛 等 : 罩式 退火炉 不 同 内罩结构 传 热效 率 流速 , m · s 一 , ; 下 标 n 为带钢 层 数 (一 般 n ` 5) , 下 标 c , p , e 分 别代 表卷 芯 、 对 流板 、 卷 边通 道 各物 理 参 数 ( 以下 同 ) . 罩 式 炉在 加 热过 程 中氢 气 的流 动 方 向与 图 2 所 示 方 向一致 , 而 在冷 却过 程 中流 动 方 向恰 好 相 反 . 设在 退 火过程 中 , 氢 气 体积 保 持不 变 且为 定 常 流动 , 则 据流 体 力学相 关 原理— 流 动 网络 图 中 每个节 点 的流 入与 流 出的流 体 总量相 等 , 及 围 绕 任一 回路 的流 动损 失代 数 和 为零〔习 — 可分 别 建 立流 量连 续 方程 组 和流 动 损 失方 程 组 : 「凡 ,月动= K , A 司+ 只 , A 司 = 焉A r n= a ` 瓮簧 = 卜知〕分卜苛 命 )争去 岭 、 瓮晋 = ( 3 ) ~ - ~ ~ 弓 卜 ` } _ 际 1, . 闷 . 贬~ ~ ~ ~ ~ ! }……!…… J 凡 …………… ! ~ 二二二 . } . 篇二二又 : }{ : 一 } 一 v,3 ! …………… : l …………… J 玲 ! 一 } 月` - - - - - 珠 ! }………… 、 . l …………… ! , K , } ~ - ~ - - , 卜 l 一 玲 个 ~ 一一一 1 石万万丁石 百切 v 个 卜瓮弋 2 )分卜备 易 3 曝踢瓮嵘 标瓮会 = 卜贪 氛 )夸卜 川 缸伽)争会礁 图 2 内罩内氮 气流 动 网络 图 F ig . 2 lF o w . e t o f h y d or ge . ga , in 比 e i n n e r c vo e r 式 中 , 再 ` 为对 流板通 道 流通面 积 , 耐 ; 气 , 为第 i 层 带 钢 底部 对 流板 的高度 , m . (2 )特 征 尺度 L . 特 征 尺度 为通 道长 度 : ( 7 ) 式 中 , A 为 各通 道 的流 通面 积 , 耐 ; eQ 为 炉 台风 机 额 定 循 环 风 量 , m , · s 一 , ; L 为 各 通 道 的特 征 尺 度 , m ; D 为 各通 道 的当 量直 径 , m ; 睿为 各通 道 的局 部 阻 力 系 数 ; 又为 各通 道 的沿 程 阻 力系 数 : g 为 重 力 加 速度 , m · s 一 , . 方程 组 (3 )和 (4 ) 中各参 数 确定 方 法如 下 : ( l) 流 通面 积 A . 卷 芯 通道 和 卷边 通 道 的流 通 面 积分 别 为 式 中 , cL, , eL, , 乌 ,为 分 别为 卷 芯 、 卷 边 、 对 流 板通 道 的特 征尺 度 , m ; h , 为 第 i层带 钢 卷 的 宽度 , m . (3) 当量直径 D . 根据 当量 直径 的定义〔7] , 可得 各 通 道 当量 直径 : } “ · 种 “ 卜 斤补呱 一众 J } D 。 阅 。 l且尸刀翻 、 一 D 、 了 。 、 1 一 , ` n _ D _ 、 、 。 , }几炭产h p浅斌沌矿初拭巩」 ( 5 ) 式 中 , cA 人 ` 为卷 芯 、 卷 边 通 道 的流 通 面 积 , 耐 ; cD vo 为 内罩 的 内径 , m ; D 、 , D 。`为 带钢 卷 的 内 、 外 径 , m ; 下标 i 为带钢 层序 , 即第 i 层 带钢 , 以下 同 . 由对 流 板实 际结 构 , 认 为其 一 半 高度 和一 半 周 长所 围成 的矩 形截 面参 与流 通 , 带钢 的 内外 径 平 均值 作为通 道 的平 均半 径 , 则对 流板 通 道截 面 积 为 : 式 中 cD i, eD i , 几 ` 为分 别 为卷 芯 、 卷 边 、 对 流 板通 道 当量 直径 , m . (4 ) 阻 力系 数吞又 . 局 部 阻 力系 数咨由通 道 的几 何 形状 和尺 寸决 定 , 可查 阅相 关手 册取 值囚 . 对 于 沿 程 阻力 系数又 , 当雷诺 数 R e< 2 3 0 0 时 , 氢 气 处于 层 流 状态 , 沿程 阻 力 系数 利用 下 式`8] 计算 : “斋 R e = 坦鱼 ( 9 ) ` 小 (D +uoD 沁 ( 6 ) t 户 式 中 , R e 为雷 诺数 . 当 R >e 2 3 0 时 , 氢气 处 于紊 流 状 态 , 此 时沿 程 阻力损 失 与 内罩 壁 面粗 糙 度 : 以

·534· 北京科技大学学报 2005年第5期 及雷诺数Re都有关，可用科尔布鲁克公式侧进行 r=at(H-hy 4a 计算： (12) 石-20国留2别 (10) 4-2 ain4%号 式中，r为横波纹圆弧半径，m;0为横波纹圆弧圆 式中，为流体通道的绝对粗糙度，m 此式是关于1的隐函数，需进行迭代求解，联 心角，rad:a为横波纹径向高度，m:H为横波纹 立方程组(3)(4)通过迭代求解，即可得到各通道 和圆柱环的纵向总高度，m:h为圆柱环部分高 氢气的平均流速，根据以下参数进行计算.钢卷 度，m.以横波纹为单位，得各部分单元面积为： 尺寸：内径为0.6m,外径为1.85m,卷宽为1.28m, S2 R-rcowa)-mbl-da 层数为4.退火空间：高度为5.59m,直径为2.06 m.内罩绝对粗糙度：波纹形为9mm,网格形为 r2xR+r）-mb8-4msin2 (13) 6mm,平面形为0.1mm.风机循环风量为19.4 S:=2n(R+a)H ms.对流板厚度0.1m.计算得到的卷边平均流 S=m(H-h)b 速如表】所示.由计算结果可知，波纹形内罩内 S=mlr2-(H-h)r-a】 式中，S,为横波纹部分面积，m:S2为圆柱环部分 的卷边通道氢气流速最小，平面形内罩最大，网 面积，m:S为纵波纹部分面积，m2:S为横、纵波 格形内罩介于两者之间. 纹联结部分的扇形面积，m':R为内罩内径，m:m 表1卷边通道的氢气平均流速 为纵波纹个数：b为纵波纹宽度. Table 1 Average hydrogen velocity in the coil's edge m.s 不同结构内罩总面积为： 内罩 第一层第二层 第三层 第四层 [S.=n(S:+S2+S3+S4) 平面形 10.244 4.096 1.902 1.127 S=n(S,+S2),(m=-0) (14) 网格形 10.228 4.090 1.899 1.125 S,-2nRH 波纹形 10.222 4.088 1.898 1.125 式中，S.为网格形内罩总面积，m:S为波纹形 内罩总面积，m:S,为平板形内罩总面积，m2:n 2.2内罩结构对对流强化系数的影响 为横波纹个数 对于式(2)中的涡流强化系数”，只有满足下 网格形内罩的面积相对增加量为： 式才会产生涡流m,使换热得到加强（即”>1）： KE sn、.100% 642D (11) (15) Rei -83.10% 式中，6为流体层流底层厚度，m.求解得>15.92 式中，Sp为网格形对平板形内罩的面积相对增 ms'.而由速度计算结果（表1）可知，卷边通道最 加量，S。为网格形对波纹形内罩的面积相对增 大氢气流速并未达到这一额定值，所以涡流强化 加量.取波纹参数： 系数1. R=1021mm,H=152mm,a-9mm,=60mm,b= 23内罩结构对对流换热系数的影响 100mm,n1=30. 将求得的氢气流速代入式(2)，得到不同结构 计算得到网格形内罩与其他两种形式内罩 内罩在卷边通道的对流换热系数，由计算结果可 相比，其面积相对增加量与纵波纹个数之间的关 知，平面形内罩对流换热系数最大，网格形内罩 系如图3所示.由图可知，网格形内罩能明显提 次之，波纹形内罩最小，进一步计算可得，波纹形 高内罩的传热面积，且随着纵波纹数量的增加， 内罩比平板形内罩的对流换热系数减小0】7%： 面积相对增加量也呈线性增大趋势.其中，不同 网格形内罩比平板形内罩对流换热系数减小 纵波纹数(m≥2)的网格形内罩与平板形内罩相 0.10%,比波纹形内罩增加0.09%. 比，面积相对增加量都在1%以上，而其对流换热 2.4内罩结构对传热面积的影响 系数只减小01%，所以网格形内罩传热效率要 由于不同结构形式内罩的顶部封头结构都 大大优于平板形内罩.另外，网格形内罩与波 相同，所以在分析结构对内罩面积的影响时，此 纹形内罩相比，对流换热系数和传热面积都有所 部分面积不予考虑.网格形内罩结构尺寸如图】增加，因此网格形内罩的传热效率也优于波纹形 所示.将横波纹径向截面假设为一圆弧形，则： 内罩

. 5 3 4 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 5 期 及 雷 诺数 R e 都 有 关 , 可 用 科 尔布 鲁 克 公式〔81 进行 计 算 : ( 12 ) 击 一 , · 0 ,g {兴蒜) `, 0 , 式 中 , : 为 流体 通道 的绝 对粗 糙 度 , m . 此 式 是关 于又的 隐函数 , 需进 行 迭代 求解 . 联 立方 程组 (3 ) (4 ) 通 过迭 代 求解 , 即可 得 到各 通道 氢 气 的平 均 流速 . 根 据 以下 参 数进 行 计算 . 钢卷 尺寸 : 内径为 .0 6 m , 外 径 为 1 . 85 m , 卷 宽 为 1 . 28 m , 层数 为 4 . 退 火 空 间 : 高 度 为 .5 59 m , 直径 为 .2 06 m . 内罩 绝对 粗 糙 度 : 波 纹形 为 9 ~ , 网格 形 为 6 r n r n , 平 面形 为 .0 1 ~ . 风 机 循环 风 量 为 19 .4 m , · s 一 ’ . 对流 板厚度 0 . 1 m . 计算得 到 的卷边 平均 流 速 如 表 1 所示 . 由计 算 结 果可 知 , 波纹 形 内罩 内 的卷 边通 道 氢气 流 速 最小 , 平 面形 内罩最 大 , 网 格 形 内罩 介 于 两者 之 间 . 式 中 , ; 为横波 纹 圆弧半 径 , m ; 0 为横 波 纹 圆弧 圆 心 角 , m d ; a 为横 波 纹 径 向 高度 , m ; H 为 横 波纹 和 圆柱 环 的 纵 向 总 高度 , m ; h 为 圆柱 环 部 分 高 度 , m . 以横 波纹 为 单位 , 得 各 部分 单元 面积 为 : 、 一2犷怀+(rR 一 a) 一司 · =da · } , 二 , +)r 一 m” 1 0一 4` s蜡 凡= 2 兀 (R + a )H 凡= m (H 一 h ) b 凡= m【甜一 (H 一 hX r 一 a) 〕 表 1 卷边 通道 的氮 气平 均流速 aT b晚 1 彻 e ar ge 卜 yd m g e . v le o c i yt i n th e co 妞 , s 记g e m · s 一 , 内罩 第 一层 第 二 层 第 三层 第 四 层 式 中 , 凡 为横 波纹 部分 面 积 , m Z ; 凡 为 圆柱环 部 分 面积 , m , ; 凡 为纵波 纹部 分面 积 , m Z ; 4S 为横 、 纵 波 纹 联结 部分 的扇 形 面积 , m , ; R 为 内罩 内径 , m ; m 为纵波 纹 个 数 ; b 为纵 波 纹 宽度 . 不 同结 构 内罩总 面 积 为 : {民=n , (S : 十凡+ 凡+ 凡) 平 面形 网 格形 波 纹形 10 . 2 4 4 10 . 2 2 8 10 . 2 2 2 4 . 0 9 6 4 , 0 9 0 4 , 0 8 8 1 . 9 0 2 1 . 12 7 1 . 8 9 9 1 . 12 5 1 . 8 9 8 1 . 12 5 凡=n l (S, 十又 ) , ( m = , 0 ) 凡= Zln 兀 R H ( 14 ) .2 2 内革 结构 对 对 流 强化 系数 的影 响 对 于 式 (2 )中 的 涡流 强化 系 数 梦 , 只 有满 足下 式才 会产 生 涡 流`习 , 使换 热 得 到加 强 ( 即尹 > l) : 式 中 , & 为 网格 形 内罩 总面 积 , m Z ; 凡 为波 纹 形 内罩 总 面 积 , 耐 ; 凡 为平 板 形 内罩 总 面 积 , m , ; ln 为横波 纹 个 数 . 网格形 内罩 的面 积 相对 增 加 量 为 : }风 _ _ 布 。 6 4 . 2 D t l l ) 1 0 = 一二一万一 1 R e 百 、 赞 · ,%0 、 = 旱 · , %0 ( 15 ) 式 中 , 占为 流 体层 流 底层 厚度 , m . 求解 得 外 15 . 92 m · s 一 ’ . 而 由速 度 计算结果 (表 l) 可知 , 卷 边通 道最 大氢气 流速 并 未达 到这 一额 定值 , 所 以涡流 强 化 系数沂 1 . .2 3 内革结 构 对对 流 换 热 系数 的影 响 将 求得 的氢 气 流速 代入 式 (2 ) , 得 到不 同结 构 内罩在 卷边 通 道 的对流 换 热系 数 . 由计 算 结果 可 知 , 平 面形 内罩对 流 换 热系 数 最大 , 网 格形 内罩 次之 , 波 纹形 内罩最 小 . 进 一 步计算 可 得 , 波纹 形 内罩 比 平板 形 内罩 的对 流 换 热 系数 减 小 0 . 17 % ; 网 格 形 内罩 比 平 板 形 内罩 对 流 换 热 系 数 减 小 0 . 10 % , 比波 纹 形 内罩 增 加 .0 09 % . .2 4 内革结 构 对传 热 面 积 的影 响 由于 不 同 结构形 式 内罩 的顶 部 封 头 结 构 都 相 同 , 所 以在 分 析 结构 对 内罩面积 的影 响 时 , 此 部分 面积 不 予 考虑 . 网格 形 内罩结 构尺 寸 如 图 1 所示 . 将横 波 纹 径 向截 面假 设 为 一 圆弧 形 , 则 : 式 中 , 孔 为 网格 形 对 平 板 形 内罩 的 面 积 相 对 增 加 量 , 瓜 为 网格 形对 波 纹 形 内罩 的面 积 相 对 增 加 量 . 取 波 纹参 数 : 天= 1 0 2 1 r n r n , 月卜 15 2 r n r n , a = g r n r n , =h 6 0 刃n r 。 , b = 10 0 r n n l , n , = 3 0 . 计 算 得 到 网格形 内罩 与 其 他 两 种 形 式 内罩 相 比 , 其 面积 相对 增加 量 与纵 波纹 个数 之 间 的关 系 如 图 3 所 示 . 由图可 知 , 网格 形 内罩 能 明显 提 高 内罩 的传 热面 积 , 且 随着 纵 波 纹数 量 的增 加 , 面 积 相对 增 加量 也 呈 线性 增 大趋 势 . 其 中 , 不 同 纵 波 纹 数 ( m 全 2) 的 网格 形 内罩 与 平 板 形 内罩 相 比 , 面 积相 对 增加 量都 在 l % 以上 , 而 其对 流换 热 系 数 只减小 0 . 1% , 所 以网格 形 内罩 传 热 效率 要 大 大 优于 平 板形 内罩 . 另 外 , 网 格形 内 罩与 波 纹 形 内罩 相 比 , 对流 换热 系 数和传 热 面积 都 有所 增 加 , 因此 网格 形 内罩 的传 热效 率也优于 波纹 形 内罩

Vol.27 No.5 张海涛等：罩式退火炉不同内罩结构传热效率 ·535· 3.5 网格形结构能有效提高内罩的换热效率 3.0 ◆一网格平形 e2.5 一网格一波纹 总之，网格形结构对于提高内罩的换热效 率，增加罩式炉的生产能力是有利的， s1.0 参考文献 0.5 []孙大山，赵荣国，褚烈青，等，冷轧双式热处理炉改用波纹 0 0 4 8121620 形保护罩.鞍钢技术，1992，(1)：16 纵波纹数，m [2]Zuo Y,Wu W F,Zhang XX,et al.A study of heat transfer in 图3面积相对增加量与纵波纹个数的关系 high-performance hydrogen bell-type annealing furnaces.Heat Fig.3 Relation between relative increase in area and the number Transfer Asian Res,2001,3(8):615 of vertical corrugations of the inner cover [3)姚仲璃，王瑞君，张习军.传热学，北京：北京理工大学出 版社，1995 [4]Perrin A R,Guthrie R IL,Stonehill B C.The process technol- 3结论 ogy of bath annealing.Iron Steelmaker,1988,15(10):27 们景思容，张鸣远.流体力学.西安：西安交通大学出版社， (1)横波纹的存在使气体的流动阻力增加，钢 2001.7 卷与内罩之间的氢气流速略有减小，从而使内罩 [6]林林.全氢罩式退火炉退火热过程的研究：[学位论文].北 与氢气之间的对流换热系数也略有减小. 京：北京科技大学，2003 [列刘光宗，流体力学原理与分析方法，北京：高等教育出版 (2)网格形内罩与平板形和波纹形内罩相比， 杜，1992 面积增加，且使传热效率增加的程度远大于因换 [8]张兆顺，崔桂香.流体力学，北京：清华大学出版杜，1999 热系数减小造成的传热效率减小的程度，因此， Heat transfer efficiency of inner covers with different shapes in a bell-type annea- ling furnace ZHANG Haitao,ZHANG Jie,CAO Jianguo,JING Youlian,WU Changchun 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Panzhihua iron and steel research institute,Panzhihua 617000,China ABSTRACTS A grid form of inner cover in a bell-type annealing furnace was put forward to resolve the problem about low vertical stiffness of traditional ones.The heat transfer efficiency of the inner cover was compared with traditional ones'via theoretical calculation of influencing factors on heat transfer efficiency such as convection heat exchange coefficient and heat transfer area.It was proved that the grid inner cover could improve the heat transfer efficiency and throughput of the bell-type annealing furnace. KEY WORDS bell-type annealing furnace;inner cover;heat transfer efficiency

V b L 2 7 N 0 . 5 张海 涛等 : 罩式 退 火炉 不同 内罩 结构传 热 效率 . 53 5 . 3 . 5 3 . 0 - 闷卜- 网 榨卜平形 - , 卜 - 网 格 -波纹 网格 形 结 构能 有 效提 高 内罩 的 换热 效 率 . 总之 , 网 格 形 结 构 对 于 提 高 内罩 的 换 热效 率 , 增 加 罩式 炉 的生 产 能力 是有 利 的 . ù、ú布n ùn U . … 门`气乙百且, 0 . 5 0 契彩旧芝具聊禽咽 0 4 8 12 16 2 0 24 纵 波纹 数 , , 图 3 面积 相对增 加量 与纵 波纹 个数 的关 系 iF g . 3 R e l a it o n b e wt e n elr a ivt e 恤 e aer s e i n a er a a n d t h e n u m b e r o f v e川 e a l c o r r u邵iot n s of t h e i n . e r e vo e r 3 结 论 ( l) 横波 纹 的存 在使 气体 的流 动 阻力 增加 , 钢 卷 与 内罩之 间 的氢气 流速 略 有减 小 , 从 而使 内罩 与 氢气 之 间 的对 流换 热 系数 也略 有减 小 . (2 ) 网格 形 内罩 与平 板形 和波 纹 形 内罩相 比 , 面积 增加 , 且使 传热 效率 增加 的程 度远 大 于 因换 热系 数减 小 造 成 的传 热 效率 减 小 的程度 . 因此 , 参 考 文 献 【1 孙 大 山 , 赵荣 国 , 褚 烈 青 , 等 . 冷 轧罩 式热 处理炉 改用波 纹 形保护罩 . 鞍钢 技 术 , 19 9 2 , ( l ) : 1 6 [ 2 ] uZ o Y , Wu W F , hZ an g X X , e t a l . A s tu d y o f h e a t tr a n s fe r in b igh 一 e ir 为 ~ e hy d rn g e n b el l 一妙p e an e al ign of r n ac es . R ae t 介 a n s fe r sA i a n R e s , 2 0 0 1 , 3 ( 8 ) : 6 15 3[ 』 姚 仲鹏 , 王瑞君 , 张 习 军 . 传 热 学 . 北京 : 北 京理 工 大学 出 版 社 , 1 9 9 5 [ 4 ] P e mn A R , G u 山五e R I L , S t o n e ih ll B C . T b e P m e e s s t e e hn o l - o gy o f b aht an e al i n g . l or o s t e lm a ke r , 19 8 8 , 15 ( 10 ) : 2 7 肠〕 景 思睿 , 张鸣远 . 流体 力学 . 西 安 : 西安交 通大 学出 版 社 , 2 0 0 1 . 7 6[ ] 林 林 . 全氢 罩式退 火炉 退火热 过程 的研 究 : [学位论 文 ] . 北 京 : 北京 科技 大学 , 2 0 03 7[ 」 刘光 宗 . 流体 力学 原理与 分析 方法 . 北京 : 高 等教育 出版 社 , 19 92 8[ ] 张兆顺 , 崔桂香 . 流 体力 学 . 北京 : 清华 大学 出版 社 , 19 9 H e at tr an s fe r e m e i e n e y o f i n n e r e o v e r s w iht di fe re nt s h ap e s i n a b e ll 一勿p e a n n e a - lin g fu m ac e 刀侧 刀G aH i aot , ) , 乙阮咬万G ieJ , ) , CA O iaJ 尹趁尹碑o , ) , 刀N G oY u lia n , ) , 牙U hC a n g ℃ h u n ’ ) 1) M e c h助i c al E gn in e n n g S e h o o l , U in v e r s iyt o f s e i e n e e an d eT e hn o l o gy B e ij in g , B e ij ign l 0 0 0 8 3 , C h i n a 2 ) P a ` 土 ih u a ilD n an d s et e l 正 s e眼h i n s it ut e , P a nZ h ih u a 6 17 0 00 , C h in a A B S T R A C T S A hg d fo mr o f imr er e o v e r i n a b e l l . ty P e an e a l i n g fu m a c e w a s Put fo wr a川 t o 二s o vl e ht e P or b l e m ab o ut l ow v e irt e a l s it fl h e s s o f atr d it i o n a l o n e s . hT e h e at t r a n s fe r e if e i e nc y o f ht e in e r e o v e r w a s e o m P aer d w iht 廿 a d iit on a l o ne s , v i a ht e o er ti e al e al e u l at i o n o f in fl u e n e in g fa e tor s o n h e at tr a n s fe r e if e i en e y s u e h a s e o n v e e t i o n h e at e x e h a n g e e o e if e i e n t an d h e at tr a n s fer aer a . It w a s P or v e d ht at t h e hg d I n n e r e o v e r e o u l d irn P or v e ht e h e at tr a n s fe r e if e i e n e y an d t h or u g hP ut o f ht e b e l l . t y P e an e a l i n g fu m a e e . K E Y WO R D S b e ll . t y P e aun e a lign fu m a e e ; i n n er e o v e r ; h e at tr a n s fe r e if e i e n e y