辊底式钢管退火炉的埋偶试验与传热反问题研究

辊底式钢管热处理炉（1384规格7223）是锅炉管生产的重要设备之一，适用于锅炉管在保护气氛下实现退火、正火、回火等热处理工艺。在实际生产过程中，能够实时测量和控制的参数是炉温；炉温代表了炉内的综合温度，与钢管的实际温度还存在很大的差距。因此，为了验证工艺制度的合理性或者调整控制模拟的参数，通常需要实际测量退火过程中的钢管温度。

在退火过程中，比较实用的测量钢管温度的方法是埋偶法，即在钢管的长度和圆周方向布置测温孔，在孔内埋入热电偶，然后让钢管随炉完成整个热处理过程，并采集整个过程的温度数据。由于埋偶试验能在物料加热的过程中，在线、动态地测量其内部温度，埋偶数据可作为判定热工制度合理性的重要依据之一，因此其得到了广泛的应用。

根据温度数据的采集方式分类，主要有拖偶法和“黑匣子”法。拖偶法需要很长的热电偶线，热电偶随着钢管的传送被拖入炉内，但采集装置仍放置在炉外，这种方法操作复杂，但费用较低；黑匣子法需要采用耐高温的数据采集装置，热电偶和数据采集装置与钢管一同进入炉内，操作简单，但费用较高。

埋偶试验的温度数据，不仅可以验证工艺曲线，还用来推算钢管的外部换热条件。通过钢管内部的温度变化来推算便捷热流问题，是一类非适定的导热反问题。对于不适定传热问题的求解方法，主要有正则化算法、理论解反推法和微分方程估算法。在假设钢坯断面温差分布为抛物线型的前提下，由理论解反推出总括热吸收率与断面温差的关系，对加热模型中总结系数进行了修正和补偿，提高了模型的精度。

本文主要介绍辊底式无缝钢管退火炉（1384规格7223）的埋偶实验，验证热工制度是否合理。同时建立埋偶试验条件下，辊底炉内钢管热处理过程的传热模型，并利用导热反问题计算总括热吸收率、讨论退火过程中总括热吸收率的变化趋势。

通过辊底式钢管退火炉的埋偶试验与传热反问题研究，结果表明：

1.     单点测温，多个未来时间步长的较小二乘法的反问题算法用来计算钢管在辊底式炉内退火过程中的表面热流密度和总括热吸收系数。

2.     通过对埋偶试验数据采用导热反问题分析后表明，钢管退火炉过程中，内外壁面温差较小，非常大仅为4.5℃；表面热流密度与表面温度近似成呈抛物线型；总括热吸收系数在0.1至0.7内波动，与温度近似成0.578次幂的关系。