预应力钢丝感应加热电磁能量转换研究

作     者：张毅静 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李志刚

授予年度：2012年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：预应力钢丝 感应加热 ANSYS 温度场 涡流场 能耗 

摘      要：预应力钢丝是工业中广泛使用的材料。预应力钢丝是我国重点开发并将大力增产的优质钢丝制品，预应力钢丝具有高的弹性变形极限、高的抗屈服能力以及较低的松弛损失，属于高档的预应力钢材产品。由于低松弛预应力线材制品在预应力线材制品中占据愈来愈显著的地位，所以生产过程中在保证符合工艺要求的同时要尽量做到耗能最少，研究其稳定化处理中加热环节是十分重要的。 电磁感应加热有加热速度极快，效率高，坯料表面的氧化、脱碳少、可以获得比较洁净坯料等优点。这些优点使感应加热成为当今坯料稳定化处理加热的最理想的手段。所以本文中对钢丝稳定化处理中的加热方式采取电磁感应加热。感应加热利用电磁感应及涡流效应，在钢丝内产生涡流进而产生热量来加热钢丝。了解钢丝感应加热过程中，其温度分布状况对保证钢丝质量来说是十分必要的。另外，了解不同电参数下钢丝感应加热系统的能耗值对实现降低生产成本、节约能源起到重要的作用。 本文对感应加热中感应加热器的设计前提下，从感应加热的原理及有关的电磁效应，电磁—热耦合场数值计算的有限元法着手，利用软件对其感应加热系统建立物理模型，分析感应加热过程中钢丝温度场及涡流场的分布状态，确立了影响温度场分布的关键电参数，并分析不同电参数下系统能耗的大小，为钢丝稳定化处理中回火温度自动控制及感应器设计的优化提供了理论依据。主要研究内容包括： 1.根据钢丝生产的工艺要求及感应加热的特点，对感应加热电源中的关键部分—感应加热器进行了设计。 2.根据电磁有限元分析，利用相关软件对钢丝的感应加热系统进行了建模、输入材料特性、网格划分、加载电参数及求解。通过对结果的分析，确定了温度场分布的主要影响参数—电源频率、电流密度及加热时间。并在保证钢丝质量的前提下，分析了不同电参数下系统的能耗大小，寻找出了合理的加热电参数范围。