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1、第32卷第2期大连交通大学学报Vo.l32No.22011年4月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYApr.2011文章编号:16739590(2011)02005904钢丝感应加热过程模拟及特性陈吉光,徐振越,樊志新(大连交通大学连续挤压工程研究中心,辽宁大连116028)*摘要:在感应加热理论和热传导理论的基础上,建立了钢丝感应加热时的ANSYS模拟模型,对不同直径产品的加热频率、功率、最大线速度进行模拟计算,通过针对三种典型钢丝的加热时间,分析了其相应可达到的最大产品线速度,以及所需要的加热功率.
2、还分析了工频频率的影响,选取合适的频率范围;通过实验验证了模型的准确性,为感应加热的计算和自动化控制提供了可靠的理论依据.关键词:感应加热;数值模拟;加热速度文献标识码:A[2]0引言的关系,以便实现自动控制.本文通过对钢丝感应加热时的热传导和电磁场温度场的分析和模拟,由于感应加热自身的优点,感应加热技术已大基于ANSYS软件分析了各参数的影响,通过模拟量应用于工业生产,随着感应加热理论和技术的不数据为感应加热控制提供了可靠的依据.断进步,迄今已成为一项节能、无污染的高效加热技术.由于感应加热控制简单易行,自动化的感应加热成套设备已经大量涌现.铝包钢丝
3、则具有优良的耐腐蚀性,比重低于镀锌钢丝和镀铝钢丝,用做输电线时,具有极好的耐热性等特点.随着连续挤压包覆技术应用于铝包钢丝坯线的生产,使铝包钢丝的生产更高效,而且铝包覆层无缝,具有了更加[1]优越的性能.图1钢丝感应加热过程示意图在铝包钢丝(坯线)连续挤压包覆生产线上,钢丝要先经过除油、除锈清理,当钢丝通过挤压包1模型的建立覆机进行包铝时,挤压包覆腔的温度为400~500.因此是不能用常温冷态下的钢丝直接进行1.1感应加热原理包覆的,要求钢丝预热到350~380左右再实现包导体通过电流时,在其周围就同时产生磁场.铝.钢丝的加热方式一般采用中频感应加
4、热,其加当感应加热器线圈中通过交变电流时,在线圈内部热速度快,还可以保证钢丝运行速度挤压包覆同和其周围就产生一个交变磁场.在感应加热时,钢步,并且保持钢丝温度约为350,如图1所示.自丝就被这个交变磁场的磁力线所切割,根据电磁场动控制系统必须对加热功率进行自动调整并达到理论,变化的磁场就产生感应电动势,感应电动势与挤压包覆速度同步.在生产实践中,人们一直希在钢丝表面将形成封闭的电流回路涡流.涡流望能建立感应加热的计算模型,从而给出感应加热[3]在钢丝内部产生热量,使钢丝得到加热.功率、加热时间、表面温度和加热频率等参数之间法拉第电磁感应定律:*收稿日
5、期:20100901基金项目:辽宁省教育厅创新团队基金资助项目(2009T012)作者简介:陈吉光(1970-),男,副教授,硕士,主要从事数字化设计与制造、连续挤压技术的研究Emai:lchenjg@djtu.edu.cn.60大连交通大学学报第32卷(4)端部效应分为坯料的端部效应和感应线E=n(1)t圈的端部效应.前述的集肤效应描述了金属坯料式中,E为感应电动势;n为感应线圈匝数;为横截面上的磁场分布,而端部效应却显示了坯料磁通量变化率;t为变化时间.和感应线圈端部的磁场分布.它将影响沿坯料轴同时,焦耳效应反映了涡流在金属坯料中生向
6、的功率分布及坯料加热温度的分布情况.对于热的单位体积功率正比于电阻率和电流密度的平纵向磁场中的非磁性坯料,坯料的端部效应使坯方这样一种现象.消耗于金属坯料中的功率P与料端部吸收的功率增加,对于磁性坯料,端部效应频率f成正比,因此提高频率,在相同体积中释放使其吸收的功率增加还是降低,取决于坯料的半的能量就会增大,这就是感应加热中要求采用中径、材料特性、频率和磁场强度.[4]频或高频的原因.感应加热是上述四种效应的综合作用,在感1.2感应加热过程的电磁效应应器线圈系统的作用表现为圆环效应,坯料上则(1)集肤效应表现为集肤效应(也称趋肤效应),两者之间是邻从钢丝
7、的表面到中心,感应电流的大小是按[5]近效应和端部效应.指数规律下降和变化的.感应电流高度集中在钢1.3钢丝的两种感应加热方式丝零件表面的一定深度内(此深度定义为集肤深(1)透入式加热:涡流透入深度和所需的加度),感应加热的热量主要由这部分电流产生提热层深度相差不大时,称为透入式加热方式.当冷供.在此深度以外,感应电流及其产生的热量都很态的钢丝表面因集肤效应加热,表面薄层加热到小.涡流的理论透入深度为:超过居里温度(失磁温度)时,加热层就被视为两2层:外表的失磁层和其内紧邻的未失磁层.由于涡=(2)fu流透入深度逐步深入,使得两层界面的升温速度
8、式中,为电阻率(m);f为频率(Hz);u为更
