対処される主なプロセス上の問題は、プレートの表面とそのコア間の深刻な温度勾配によって引き起こされる構造的破壊のリスクです。ウォーキングビーム炉を通過するプレートの特定の動きをシミュレートすることにより、モデルはガス温度と滞留時間の正確な最適化を可能にします。これにより、界面剥離につながる破壊的な熱応力の蓄積を防ぎ、高精度圧延に必要な均一性を材料が達成することを保証します。
チタン/鋼クラッドプレートの加熱における重要な課題は、急速な温度変化中の異なる金属層間の熱格差を管理することです。ウォーキングビーム炉モデルは、加熱プロセスを区分化することにより、機械的変形が発生する前に結合を維持するためにコアが表面温度に追いつくようにすることで、この問題を解決します。
熱応力と剥離の軽減
重要な予熱段階
冷間チタン/鋼クラッドプレートにとって最も危険な段階は、炉に入った直後です。表面は高温ガスからの対流と放射によって急速に加熱されますが、熱伝導に必要な時間のため、コアは低温のままです。
界面故障の防止
この遅延により、内部と外部の温度の間に大きな初期差が生じ、予熱ゾーンが断面温度勾配のピーク領域となります。シミュレーションは、オペレーターが初期制御設定を微調整できるようにすることで、これに対処し、特に界面剥離（チタン層と鋼層の分離）を引き起こす過度の熱応力を防ぎます。
圧延のための均一性の確保
浸漬ゾーンの役割
プレートを機械加工用に準備するために、シミュレーションは、変動が最小限に抑えられるように設計された高温環境である「浸漬ゾーン」をモデル化します。この段階は、プレートが内部熱平衡を達成するために必要な時間を提供します。
一貫した塑性変形の達成
このゾーンでの滞留時間を厳密に制御することにより、モデルは表面とコア間の温度差、および異なる金属層間の温度差が最小限に抑えられることを保証します。この均一性は、高精度圧延基準を満たすための厳格な要件である、プレート全体にわたる一貫した塑性変形能力を確保するために不可欠です。
トレードオフの理解
入力精度の依存性
ウォーキングビーム炉モデルは最適化のための強力なツールですが、その成功は入力変数の精度に完全に依存します。モデルは、シミュレーションでのガス温度と滞留時間の設定が物理的な装置で完全に再現できることを前提としています。
ゾーン制御の複雑さ
1つの変数を最適化すると、別の変数にストレスがかかることがよくあります。たとえば、コア加熱を確実にするために滞留時間を延長すると、全体のスループットが低下します。シミュレーションはこれらのボトルネックを浮き彫りにし、生産速度と材料の無駄を防ぐための熱均一性の厳格な必要性との間のトレードオフを強制します。
目標に合わせた適切な選択
このモデルを効果的に活用するには、特定の生産優先順位に合わせてシミュレーションの焦点を調整してください。
- 材料の完全性が最優先事項の場合：予熱ゾーンパラメータのシミュレーションを優先して、熱衝撃を最小限に抑え、接合線での界面剥離を防ぎます。
- 圧延精度が最優先事項の場合：浸漬ゾーンの滞留時間の最適化を優先して、すべての層にわたる最大の塑性と熱平衡を確保します。
このモデルを使用することで、加熱プロセスを可変のリスクから、クラッド材料の構造結合を保護する制御された均一な進行に変換できます。
概要表：
| プロセス上の問題 | シミュレーションによる軽減戦略 | 結果としてのメリット |
|---|---|---|
| 界面剥離 | 予熱ゾーンパラメータの最適化 | 接合線での熱衝撃を防ぐ |
| 高い熱勾配 | 表面対コアの熱伝導のモデリング | 内部応力と構造的破壊の低減 |
| 一貫性のない塑性 | 浸漬ゾーンの滞留時間のキャリブレーション | 高精度圧延のための均一な変形 |
| 生産ボトルネック | ガス温度とスループットのバランス | 材料の無駄の最小化と効率の最適化 |
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参考文献
- Zhanrui Wang, Hui Yu. Numerical investigation on heating process of Ti/Steel composite plate in a walking-beam reheating furnace. DOI: 10.2298/tsci231108082w
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
