連鑄直軋電磁感應(yīng)補(bǔ)償加熱過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、連鑄直軋是一項(xiàng)重要的節(jié)能降耗技術(shù)，準(zhǔn)確掌握連鑄坯電磁感應(yīng)補(bǔ)償加熱過(guò)程中溫度分布規(guī)律是應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)。感應(yīng)加熱問(wèn)題涉及三維非線性電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)的耦合，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外電氣工程、冶金工程和材料加工工程領(lǐng)域中交叉研究的熱門課題。
　　 本研究從電磁感應(yīng)補(bǔ)熱渦流場(chǎng)分析入手，應(yīng)用電磁學(xué)理論，建立了三維電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型。在分析感應(yīng)加熱特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將電磁場(chǎng)產(chǎn)生的焦耳熱作為加熱過(guò)程中溫度場(chǎng)內(nèi)熱源，得到了電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型。依此完成了基

2、于非均勻網(wǎng)格的溫度場(chǎng)的有限差分離散求解，包括輸送過(guò)程和加熱過(guò)程中的溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算。
　　 繼而完成了電磁感應(yīng)補(bǔ)償加熱過(guò)程的數(shù)值模擬，得到了隨時(shí)間變化的樣件溫度變化規(guī)律。
　　 在鑄坯內(nèi)部測(cè)溫較為困難的情況下，利用現(xiàn)有通用性軟件模擬的結(jié)果與自行開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)模擬的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。由于ANSYS軟件在多場(chǎng)耦合模擬上具有優(yōu)勢(shì)，故選用ANSYS軟件對(duì)感應(yīng)加熱過(guò)程進(jìn)行模擬。改變感應(yīng)加熱頻率和加熱時(shí)間，將兩種模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在相

3、同加熱條件下，兩種模擬結(jié)果非常接近，證實(shí)本研究具有較好的可信度。
　　 為了彌補(bǔ)軟件驗(yàn)證模擬結(jié)果的不足，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試樣件表面溫度分布，驗(yàn)證模擬結(jié)果。選取非接觸式紅外測(cè)溫儀，改變感應(yīng)加熱頻率與樣件形狀，測(cè)試感應(yīng)加熱工藝參數(shù)變化時(shí)樣件溫度變化情況。實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果揭示樣件溫度分布規(guī)律都是一致的，更進(jìn)一步地證實(shí)了本研究的準(zhǔn)確性。
　　 最后，對(duì)影響感應(yīng)補(bǔ)償加熱的各種因素進(jìn)行了系統(tǒng)的模擬仿真，并運(yùn)用理論分

4、析為其作了合理地闡述。研究結(jié)果表明，感應(yīng)線圈的邊緣效應(yīng)和鄰近效應(yīng)不可忽視，調(diào)整線圈長(zhǎng)度和各匝線圈之間的間距可以有效消除邊緣效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響。感應(yīng)加熱頻率可以改變鑄坯溫度分布，根據(jù)線圈與鑄坯的形狀調(diào)整加熱頻率可使邊角部分得到補(bǔ)償加熱。激勵(lì)電流、線圈匝數(shù)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(guò)調(diào)整這些工藝參數(shù)可以使鑄坯達(dá)到均溫的效果，滿足直軋工藝的要求。在此基礎(chǔ)上，對(duì)鑄坯感應(yīng)補(bǔ)熱均溫化過(guò)程中工藝參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究，為實(shí)際生