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《华中科技大学》 2007年
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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

刘浩  
【摘要】: 连铸直轧是一项重要的节能降耗技术,准确掌握连铸坯电磁感应补偿加热过程中温度分布规律是应用该项技术的基础。感应加热问题涉及三维非线性电磁场与温度场的耦合,是当今国内外电气工程、冶金工程和材料加工工程领域中交叉研究的热门课题。 本研究从电磁感应补热涡流场分析入手,应用电磁学理论,建立了三维电磁场数学模型。在分析感应加热特点的基础上,将电磁场产生的焦耳热作为加热过程中温度场内热源,得到了电磁场与温度场耦合的数学模型。依此完成了基于非均匀网格的温度场的有限差分离散求解,包括输送过程和加热过程中的温度场数值计算。继而完成了电磁感应补偿加热过程的数值模拟,得到了随时间变化的样件温度变化规律。 在铸坯内部测温较为困难的情况下,利用现有通用性软件模拟的结果与自行开发的仿真系统模拟的结果进行验证。由于ANSYS软件在多场耦合模拟上具有优势,故选用ANSYS软件对感应加热过程进行模拟。改变感应加热频率和加热时间,将两种模拟结果进行对比,发现在相同加热条件下,两种模拟结果非常接近,证实本研究具有较好的可信度。 为了弥补软件验证模拟结果的不足,在现有的实验条件下,测试样件表面温度分布,验证模拟结果。选取非接触式红外测温仪,改变感应加热频率与样件形状,测试感应加热工艺参数变化时样件温度变化情况。实验表明,测试结果与模拟结果揭示样件温度分布规律都是一致的,更进一步地证实了本研究的准确性。 最后,对影响感应补偿加热的各种因素进行了系统的模拟仿真,并运用理论分析为其作了合理地阐述。研究结果表明,感应线圈的边缘效应和邻近效应不可忽视,调整线圈长度和各匝线圈之间的间距可以有效消除边缘效应和邻近效应的影响。感应加热频率可以改变铸坯温度分布,根据线圈与铸坯的形状调整加热频率可使边角部分得到补偿加热。激励电流、线圈匝数的增加不能改变铸坯温度分布但能提高铸坯温升的速度。通过调整这些工艺参数可以使铸坯达到均温的效果,满足直轧工艺的要求。在此基础上,对铸坯感应补热均温化过程中工艺参数优化进行了研究,为实际生产加工过程中工艺参数的确定提供重要的指导意义。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TF777

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【参考文献】
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