连铸方坯感应加热数值模拟研究

发布时间：2020-11-07 16:18

　　 感应加热的热源是感应涡流的焦耳热,具有速度快、效率高、控制精确、均匀性好、污染少等优点,因而在工业生产中得到了广泛应用。利用电磁感应加热工艺可对连铸坯进行在线加热,可以在连铸坯温度尚未大幅下降之前进行温度补偿,使铸坯满足轧制需求。连铸坯感应加热过程的关键问题是如何设置感应加热参数。用实验的方法耗时费力、成本高,而且内部的温度很难测得。因此,数值模拟技术对于感应加热系统的设计和研究具有重要意义。本文以麦克斯韦微分方程组为基础,推导出了连铸方坯感应加热电磁场微分控制方程,进一步推导出不同介质(感应线圈、空气和连铸坯)区域的电磁场微分控制方程和涡流分布表达式。以能量守恒定律和傅里叶定律为基础,推导出瞬态温度场微分控制方程。本文对感应加热问题进行了描述和简化,应用ANSYS软件对连铸方坯感应加热温度场和涡流分布进行了模拟,主要包括实体建模、分析单元的选取、有限元网格划分、边界条件的定义和载荷的施加等,并对计算结果进行了分析。利用现有的实验条件对温度场计算结果进行了验证。结果表明,实测值和模拟值吻合良好。将通过现有的理论公式得到的涡流分布和数值模拟得到的涡流分布进行了对比,两条曲线基本吻合。最后,通过对比不同感应线圈电参数电流、频率,线圈匝数,铸坯的初始温度对连铸方坯横截面温度分布的影响,得到如下结论:(1)随着频率的增大,铸坯内部部分区域温度会降低,但铸坯边部温度升高,使得温度分布不均匀性增加;(2)增大感应线圈的电流不能改变连铸坯的整体温度分布趋势,但能够使铸坯整体温度升高,即升温速率加快;(3)初始温度的分布会对铸坯横断面的温度分布有重大影响,在较低温度下热量会更加趋于边部;(4)增加线圈匝数同增大电流强度有相似规律;(5)连铸时结晶器可在允许范围内取较大圆角,这样可以减少散热,也可以使感应加热后铸坯横断面温度分布更加均匀。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF777.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 绪论
    1.1 课题提出的背景及意义
    1.2 连铸坯热装热送与连铸直轧技术
        1.2.1 连铸坯热装热送与直接轧制技术国内外状况
        1.2.2 热装热送和连铸直轧技术优势
    1.3 感应加热技术
        1.3.1 感应加热技术基本原理
        1.3.2 感应加热技术的优点
        1.3.3 感应加热技术的用途
    1.4 感应加热数值模拟技术国内外状况
    1.5 课题研究内容
2. 连铸方坯感应加热有限元数值分析模型
    2.1 感应加热电磁场微分方程的建立
    2.2 感应加热温度场微分方程的建立
    2.3 小结
3. 基于ANSYS的磁-热耦合场计算
    3.1 感应加热问题的描述和简化
    3.2 计算方法的选择
    3.3 数值模拟计算的基本过程
        3.3.1 建立属性关系
        3.3.2 模型的建立及网格划分
        3.3.3 物理环境文件的生成
        3.3.4 求解计算
        3.3.5 结果后处理
    3.4 感应加热关键问题的处理
        3.4.1 辐射换热的处理
        3.4.2 轴向热传导的处理
        3.4.3 工件移动的影响及处理
        3.4.4 材料物性参数为变量的处理
        3.4.5 初始温度场的确定
    3.5 有限元计算模型的建立
        3.5.1 实体建模
        3.5.2 分析单元的选取
        3.5.3 有限元网格划分
        3.5.4 边界条件和载荷
        3.5.5 初始条件
    3.6 模拟结果及分析
        3.6.1 温度场模拟结果及分析
        3.6.2 电磁场模拟结果及分析
    3.7 小结
4. 计算结果验证
    4.1 温度场模拟结果验证
        4.1.1 电源的选用
        4.1.2 感应加热炉
        4.1.3 温度测试设备：红外线测温仪
        4.1.4 结果验证
    4.2 涡流分布规律对比
    4.3 小结
5. 感应加热温度场影响因素分析
    5.1 频率变化对温度分布的影响
    5.2 电流变化对温度分布的影响
    5.3 初始温度不同对温度分布的影响
    5.4 感应线圈匝数对温度分布的影响
    5.5 倒圆角对温度分布的影响
    5.6 小结
6. 总结
致谢
参考文献
在校期间研究成果

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;俄罗斯将举办国际感应加热学术交流会[J];金属热处理;2009年04期

2 田文华;;推动感应加热应用 促进行业技术进步[J];金属加工(热加工);2011年13期

3 牟俊茂;刘光信;张明;;大功率锻造感应加热系统的设计与应用[J];金属加工(热加工);2012年21期

4 汤景明;感应加热与节能[J];电工技术杂志;1982年02期

5 伊占坤;;金相法测定感应加热钢的临界点[J];冶金分析与测试(冶金物理测试分册);1985年01期

6 吉德宝;;感应加热操作工的好助手[J];金属热处理;1986年11期

7 蒲卫华;感应加热发展简史(英)[J];电炉;1987年03期

8 张湘滨;脉冲式节能感应加热炉[J];电炉;1988年02期

9 戚宗刚,柳鹏,陈辉明;感应加热调功方式的探讨[J];金属热处理;2003年07期

10 Fabien Marquis;;热处理的高端感应加热方案[J];机械工人;2006年09期

相关博士学位论文 前7条

1 于建英;橡塑类机械内置式双边电磁感应加热关键技术研究[D];沈阳工业大学;2015年

2 杨晓光;横向磁通感应加热及其优化问题的研究[D];河北工业大学;2004年

3 庞玲玲;行波感应加热问题的研究及粒子群算法的改进[D];河北工业大学;2011年

4 赵前哲;钢棒生产线感应加热过程的数值模拟及实验研究[D];华北电力大学;2013年

5 陈明祥;基于感应加热的MEMS封装技术与应用研究[D];华中科技大学;2006年

6 刘文明;感应局部加热封装技术及其应用研究[D];华中科技大学;2010年

7 刘浩;连铸直轧电磁感应补偿加热过程数值模拟技术的研究与开发[D];华中科技大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈芳芳;注塑机料筒电磁感应加热实验研究与数值模拟[D];西安工业大学;2015年

2 罗穆峰;同步器齿套感应加热仿真分析及其电源设计[D];江西理工大学;2015年

3 薛子文;感应加热制备太阳能级铸造准单晶硅生长机理研究[D];宁夏大学;2015年

4 陈诚;钢板移动式感应加热水火弯板工艺的研究[D];大连理工大学;2015年

5 杨雪;中频感应加热场路耦合的研究[D];河北工业大学;2015年

6 陈芳;基于IGBT的20kW电磁感应加热设备的研究[D];电子科技大学;2015年

7 邓艳波;电磁感应加热控制电路的设计与实现[D];电子科技大学;2015年

8 徐昱;三维移动式感应加热弯板成形有限元模拟研究[D];重庆交通大学;2015年

9 许道玉;钛及钛合金锭感应加热控制系统的应用研究[D];西安石油大学;2015年

10 陈利斯;船用柴油机半组合式曲轴红套工艺的研究与设计[D];青岛理工大学;2015年

本文编号：2874181