Transverse Flux Induction Coil for Uniform Bar Heating Excluding Edge

This work particularly focuses on compensating Joule heat in under-heated areas occurred when thin steel bar is(<20 mm)heated by transverse flux induction heater(TFIH).The under-heated areas take place in range of 50~150 mm from the both edges,so Transverse Flux Induction Coil(TFIC)including a magnetic core is proposed and optimized to supplement this fault.The solutions on the electromagnetic field are obtained numerically by commercial code MAXWELL 3D software from ANSYS Corp.and then,verified experimentally by pilot-scale tests,in which the TFIH was manufactured with a nominal power of 100 kW at a fundamental frequency of 1 kHz.Ultimately,TFIC having geometrically the optimized magnetic core made the heating pattern U-shaped,so could supply a desirable temperature profile for the rolling process.

基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型。使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

Transversal Flux Scanning Induction Heating of Magnetic Nonlinear Steel Sheets With Temperature Dependent Properties

This paper deals with finite element study of the scanning induction heating of the magnetic steel sheets in transversal flux devices,taking into account the magnetic nonlinearity and the dependence on temperature of steel properties.The decrease of the non-uniformity of the transversal profile of sheet heating as effect of the magnetic or electromagnetic screening of the sheet lateral sides was proved.

新型横向磁通感应加热线圈

由于横向磁通感应加热装置依然存在装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度分布不均匀的问题,制约其工业应用。感应加热器线圈形状和位置对带材表面涡流分布、温度分布和电磁力分布都会产生重要影响。本文提出一种新型横向磁通感应加热线圈结构,并在同等输入电流、相同规格被加热带材和同等气隙厚度条件下,与两种典型线圈结构进行比较。利用有限元方法进行三维仿真计算得到的运动带材表面的磁感应强度、涡流、热源和温度分布说明本文提出的感应线圈结构在保证效率的同时能够获得更为均匀的出口温度,为新型带材横向磁通感应加热装置的制作提供了理论依据。

横向磁通感应线圈结构研究

与纵向感应加热相比,横向磁通感应加热具有加热频率低、无功功率小、线圈不围绕工件尤其适合连续金属热处理过程的特点。然而,横向磁通感应加热装置出口处沿带材宽度方向上带材温度分布依然存在不均匀的问题,制约了其工业应用。本文对不同线圈结构的横向磁通感应加热器进行磁热耦合仿真研究,分析了线圈凸出部分、线圈宽度、线圈拐角以及线圈与带材边缘相交长度等结构参数对感应器出口处带材温度分布的影响。总结影响温度分布的关键因素,提出一种能够获得更为均匀的出口温度的新型横向磁通感应加热线圈结构,为新型带材横向磁通感应加热装置的制作提供了理论依据。

新型带材横向磁通感应加热器设计与相关激励参数优选

针对原有横向磁通感应加热装置漏磁稍大且交变磁场通过磁路的磁导率小和磁阻大的不足,设计了新型感应加热器并对新型装置激励参数进行优选。新型装置是在原有装置基础上,在加热器边缘安装与铁心相同材料的铁轭。基于该文提出的磁热耦合计算方法,对原有和新型装置在相同激励下进行涡流场和温度场计算分析。结果表明:新型装置中用于加热带材的交变磁场的有效值较大,在加热状态稳定后,加热器出口处带材表面能够获得更高的温度分布,且新型装置漏磁较小,使得加热器出口处带材表面温度分布均匀性和加热效率均优于原有装置。同时,基于新型装置,针对横向磁通感应加热技术存在带材温度分布不均匀的缺点,计算了不同激励电流大小和频率参数下带材表面的温度分布情况,优选出一组使温度分布均匀性最好的激励参数。结果表明:当电流大小为1000A、频率为500Hz时,带材表面温度分布均匀性最好,其温度相对不均匀度为2.9%。

宽幅带材横磁感应加热技术的发展

根据感应器的形式及其激发的电磁场方向,感应加热可分为纵向磁通感应加热和横向磁通感应加热两种方式。在对比介绍横向磁通感应加热和纵向磁通感应加热各自概念和技术特点的基础上,着重评述了宽幅带材横磁感应加热技术发展的几个典型案例,并结合宝钢横磁感应加热的最新研究进展,探讨了横磁感应加热技术工业应用的若干关键问题。最后,通过历年相关专利和论文数量的统计分析,展望了横磁感应加热技术的发展趋势和应用前景。

基于横向磁通的包装机横封感应加热建模及仿真

针对包装机横封时的温度分布问题,对横封感应加热的温度场进行了数值建模和计算.在横向磁通原理的基础上,结合横封过程和所用铝塑复合包材的特点,研究了横封感应加热的电磁场和温度场描述方程和边界条件,建立了适用于包装机横封感应加热的电磁场和温度场的数学模型.利用大型通用有限元分析软件ANSYS对感应加热的涡流场和温度场进行了仿真.通过分析包材封合截面的各向温度分布情况,证明模拟实际工况下的温度分布满足封合要求.仿真结果为工程应用提供了参考.

横向磁通感应加热温度场的数值模拟

介绍了横向磁通感应加热原理,在电磁学和传热学基本理论基础上,建立感应加热电磁场和温度场分布的有限元计算模型,运用ANSYS软件对一实际加热过程进行模拟,得到被加热工件温度在空间、时间上的分布,通过与实验测量值的比较,证明数值模拟结果是可靠的。

多根棒材端部横向磁通感应加热数值模拟

利用ANSYS有限元软件中的电磁-热耦合技术,通过建立有限元模型,分析了多根棒材感应加热过程中,频率、电流密度、空气间隙、棒材数量、棒材的摆放位置、棒材与棒材之间的间隙对棒材的加热效果及影响规律.结果表明:增大电流密度和频率、减小空气间隙、增大棒材与棒材之间的间隙、都会提高工件在相同加热时间所达到的温度.通过控制这些参数,可以灵活控制棒材的加热速率;同时,计算值与实验值进行了比较,结果基本吻合.因而可以利用棒材的感应加热数值模拟结果为实际工艺的制定提供理论依据.

金属薄板横向磁通感应加热电源研究

针对当前金属板材在传统电加热过程中产生电火花等问题,研究了一种采用平面线圈的感应加热电源,克服了线圈对工件大小、形状等约束,尤其适合薄板金属材料的加热处理。设计了线圈结构和电源系统,感应加热电源部分采用新型ZCT-PWM Buck软斩波器调功,单相全桥逆变,串联谐振。通过实验验证了方案的可行性与合理性,改进了传统的薄钢板热处理工艺。

导磁体在多根棒材横向磁通感应加热中的应用

针对特殊钢成捆棒材切割后,因表面温差过大会出现端部开裂的现象,实际生产中需要特殊处理.利用ANSYS电磁-热耦合技术,分析了导磁体对多根棒材横向磁通感应加热的影响.结果表明:导磁体能降低磁阻,提高整捆棒材的加热效率,并且随着线圈一侧导磁体面积的增大,加热效率增大;双导磁体更有利于感应加热整捆棒材的温度分布均匀;同时,通过模型简化将模拟温度与实验温度进行对比,结果基本吻合.

铝管式油冷器横向磁通感应加热线圈研究

为了实现铝管式油冷器的横向磁通感应加热技术(TFIH),并解决传统平面线圈存在的管端溶蚀和合格率低问题,设计了一种新型锥形线圈来替代传统平面线圈。通过COMSOL软件基于变物性条件进行电磁-热耦合仿真,分析了铝管式油冷器的温度分布、升温曲线、电流密度分布和焦耳热分布情况,并分析了锥角对加热效果的影响。结果表明,铝管式油冷器在新型锥形线圈下具有较好的温度分布,避免了管端溶蚀并且合格率在95%以上。使用温度传感器对管端温度进行监控,耦合仿真的相对误差在4%以内,结果表明耦合仿真具有一定的精度。此项研究可以指导工业设计及生产,为铝管式油冷器提供了TFIH线圈解决方案。

横向磁通连续感应加热过程中带材涡流场和温度场的仿真分析

基于新型磁-热耦合仿真计算方法,在考虑带材材料物性参数随温度变化的前提下,以45钢带材为例对横向磁通连续感应加热过程中带材表面涡流和温度的分布情况进行了模拟和计算,并与不考虑材料物性参数随温度变化及15MnV钢带材在相同条件下连续感应加热这两种情况进行了对比。结果表明:带材材料物性参数随温度产生的变化对感应加热结果影响较大,且45钢和15MnV钢计算得到的感应加热工艺参数存在较大差异。

横向磁场感应器结构优化及对焊缝加热效果的影响

直焊缝焊后感应热处理用横向磁场感应器拆分为主线圈与副线圈两部分,并分别设计制作了3种主线圈与3种副线圈。通过研究主、副线圈不同组合情况下所构成的感应器磁场、优化感应器结构,分析得出了各种感应器对焊缝感应加热的影响。所分析的感应器结构参数包括主线圈凹槽深度与宽度,副线圈相对主线圈配置的角度等。

横向磁通感应加热带材温度场的计算分析

连续运动的带材在横向磁通感应加热装置下通过交变磁场感应出涡流,产生焦耳损耗从而对运动带材进行加热。横向磁通感应加热具有加热速度快,加热频率低等一系列优点,但是在加热过程中会出现带材出口处温度分布不均匀的现象,这严重制约横向磁通感应加热在实际工业生产中的应用。本文以六边形线圈为例,通过设计单一变量试验进行对比,分析线圈所加激励电流以及线圈相对位置对运动带材表面温度分布所产生的影响,从而确定合理的加热条件,为扩大横向磁通感应加热在实际生产中的应用提供理论支持。

横向磁通感应加热激励参数对带材温度的影响及加热器优化

在考虑带材物理性能参数随温度变化的前提下,基于横向磁通感应加热耦合场的迭代计算,分析了不同激磁电流、电流频率和带材运动速度对钢带材温度分布的影响。对感应加热器模型进行了优化,改变加热器与带材之间气隙分布,设计了4种感应加热器模型,分析了在不同加热器模型下带材的平均温度和温度均匀性。对比了45钢和35CrMnSiA钢在原始加热器模型与改进后最佳加热器模型下的平均温度与温度均匀性。结果表明:优化后的感应加热器模型使带材表面温度分布更加均匀,平均温度更高。

磁屏蔽板对带钢温度均匀性的影响

横磁感应加热较其他传统感应加热在对薄带钢以及居里点以上带钢加热时具有更高的效率。但横磁感应加热装置在加热带钢时,由于"边部效应"导致带钢温度分布不均。针对此问题,提出了在带钢两侧增加磁屏蔽板的方式,降低带钢边部涡流密度,使其表面温度分布更均匀。以800 mm宽的45钢带材为加热对象,采用COMSOL仿真软件分别对横磁感应加热装置在"有/无"磁屏蔽板的两种工况下带钢表面的涡流场和温度场进行了耦合计算,并将带钢在感应加热装置出口处沿宽度方向的温度值进行对比,分析了磁屏蔽板对加热过程的影响,得出磁屏蔽板的最佳安装位置。