連鑄直軋電磁感應補償加熱過程數值模擬技術的研究與開發(fā).pdf

1、連鑄直軋是一項重要的節(jié)能降耗技術，準確掌握連鑄坯電磁感應補償加熱過程中溫度分布規(guī)律是應用該項技術的基礎。感應加熱問題涉及三維非線性電磁場與溫度場的耦合，是當今國內外電氣工程、冶金工程和材料加工工程領域中交叉研究的熱門課題。
　　 本研究從電磁感應補熱渦流場分析入手，應用電磁學理論，建立了三維電磁場數學模型。在分析感應加熱特點的基礎上，將電磁場產生的焦耳熱作為加熱過程中溫度場內熱源，得到了電磁場與溫度場耦合的數學模型。依此完成了基

2、于非均勻網格的溫度場的有限差分離散求解，包括輸送過程和加熱過程中的溫度場數值計算。
　　 繼而完成了電磁感應補償加熱過程的數值模擬，得到了隨時間變化的樣件溫度變化規(guī)律。
　　 在鑄坯內部測溫較為困難的情況下，利用現有通用性軟件模擬的結果與自行開發(fā)的仿真系統(tǒng)模擬的結果進行驗證。由于ANSYS軟件在多場耦合模擬上具有優(yōu)勢，故選用ANSYS軟件對感應加熱過程進行模擬。改變感應加熱頻率和加熱時間，將兩種模擬結果進行對比，發(fā)現在相

3、同加熱條件下，兩種模擬結果非常接近，證實本研究具有較好的可信度。
　　 為了彌補軟件驗證模擬結果的不足，在現有的實驗條件下，測試樣件表面溫度分布，驗證模擬結果。選取非接觸式紅外測溫儀，改變感應加熱頻率與樣件形狀，測試感應加熱工藝參數變化時樣件溫度變化情況。實驗表明，測試結果與模擬結果揭示樣件溫度分布規(guī)律都是一致的，更進一步地證實了本研究的準確性。
　　 最后，對影響感應補償加熱的各種因素進行了系統(tǒng)的模擬仿真，并運用理論分

4、析為其作了合理地闡述。研究結果表明，感應線圈的邊緣效應和鄰近效應不可忽視，調整線圈長度和各匝線圈之間的間距可以有效消除邊緣效應和鄰近效應的影響。感應加熱頻率可以改變鑄坯溫度分布，根據線圈與鑄坯的形狀調整加熱頻率可使邊角部分得到補償加熱。激勵電流、線圈匝數的增加不能改變鑄坯溫度分布但能提高鑄坯溫升的速度。通過調整這些工藝參數可以使鑄坯達到均溫的效果，滿足直軋工藝的要求。在此基礎上，對鑄坯感應補熱均溫化過程中工藝參數優(yōu)化進行了研究，為實際生