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第10期 高玉峰等：螺旋翅片管轧制的中频感应加热数值模拟 ,1315. 应该选择在2500~4500z, 7.85mm,轧制时径向温度差小于418℃，加热效果 3.4双线圈感应加热 较单线圈均匀，工件加热效率在75%左右. 对于双线圈感应加热，两次加热后的径向温度 分布如图8所示，第1个线圈加热3.3s表面达到 参考文献 居里点温度后，如果继续加热，将有热层产生，δ增 [1]Ma JP,Duan H W,Zhang L F.Frequency and power selection 加，从而效率降低；更换第2个线圈加热，再次加热 for power supply in penetration induction heating.Heat Treat Met,2004,29(11):71 1.4s外表面温度达到最大后，温度不再随时间增加 (马建平，段红文，张丽芳。电源频率和功率在透热感应加热中 而增高，根据前面所述涡流规律，最大涡流不在表 的选择.金属热处理，2004,29(11)：71) 面处，持续加热后只是热层厚度的增加和内表面温 [2]Zhao C H.Jiang S L.Principle of the Induction Heating and Its 度的上升，加热2.4s后，热层厚度达到5mm,为管 Application.Tianjin:Tianjin Science Technology Translation 壁厚度的1/2，工件径向温度差缩小为418℃，基本 &.Publishing Corp.1993 (赵长汉，姜士林.感应加热原理与应用，天津：天津科技翻译 达到轧制要求，经过短暂均热后进行轧制，感应透 出版公司，1993) 热深度小于7.85mm,电磁感应作用不会影响到芯 [3]Heat Treatment Society of Chinese Mechanical Engineering Soci- 棒拉杆，利用下式对工件加热效率进行计算，工件 ety.Handbook of Heat Treatment.Beijing:Mechanical Industry 加热效率在75%左右： Press,1991 (中国机械工程学会热处理专业学会，热处理手册.北京：机 = P P验出 (8) 械工业出版社，1991) 1000 [4]Niu X W.Zhao Z L.Liu L.Numerical simulation of magnetic field --经过第2个线圈 distribution of Al alloy directional solidification under applied 一4一经过第1个线圈 pulsed magnetic field.China Foundry Mach Technol.2005(4): 800 14 (牛晓武，赵志龙，刘林.脉冲磁场下铝合金定向凝固磁场分布 600 数值模拟.中国铸造装备与技术，2005(4)：14) [5]Xu X F,Wu J F.Finite element method simulation of induction 400 heating-Heat Treat Met.2005.30(12):85 (许雪蜂，吴金富·感应透热有限元模拟分析，金属热处理， 2006 4 6 10 2005,30(12):85) 深度mm [6]Liu J Q.The heat calculation model of the induction heating Heavy Cast Forg.2003(3):16 图8两次线圈加热钢管径向温度分布比较 (刘继全.感应加热的热计算模型.大型铸锻件，2003(3)：16) Fig.8 Comparison of billet temperature distribution in the radial di- [7]Zhang G Z.Hu R X.Chen J G,et al.A NSYS10.0 Finite Ele rection under single-coil and twin-coil heating ment Thermal Analysis Illustration Guide.Beijing:Mechanical Industry Press,2007 4结论 (张国智，胡仁喜，陈继刚，等.ANSYS10.0热力学有限元分析 实例指导教程.北京：机械工业出版社，2007) (1)根据管材感应加热过程的有限元法模拟计 [8]Wu J F.Xu X F.Computation and finite element simulation of 算结果，被加热工件外表面温度为731℃，实际测量 electromagnetic field of induction heating workpiece.Zhejiang 770℃，相差5.19%，模拟计算与测量结果基本 Unin Technol.2004.32(1):58 吻合， (吴金富，许雪峰.感应加热工件内电磁场计算及其有限元模 (2)通过管材工件感应加热的电磁场、温度场 拟.浙江工业大学学报.2004,32(1)：58) [9]Liu H.Chen LL.Zhou JX.Numerical simulation of temperature 耦合问题的有限元法分析和模拟，可以更深入地分 field in continuous casting slab during induction heating process 析感应加热过程中的温度变化及影响温度分布的因 based on ANSYS software.Spee Cast Nonferrous Alloys,2007. 素，以利于加热工艺的深入研究和设计. 27(4):259 (③)明确工件不同区域的受热方式，得出感应 (刘浩，陈立亮，周建新，基于ANSYS的连铸坯感应加热温度 透热深度的计算公式，为保护钢管内部空间里的芯 场数值模拟.特种铸造及有色合金，2007,27(4)：259) 棒拉杆，需要在钢管内表面处保留一层材料在居里 [10]Zhou Y Q.Zhang YY.Chen Y H.Finite element analysis of coupled electromagnetic thermal field for induction heating 点温度以下，厚度至少等于在该频率下ò的 quenching process.Heat Treat Met.2007,32(2):65 1.14倍 (周跃庆，张媛媛，程亦晗，感应淬火电磁热耦合场的有限元 (4)使用双线圈加热，感应透热深度小于 分析.金属热处理，2007,32(2)：65)应该选择在2500～4500Hz． 3∙4 双线圈感应加热 对于双线圈感应加热两次加热后的径向温度 分布如图8所示．第1个线圈加热3∙3s 表面达到 居里点温度后如果继续加热将有热层产生δ增 加从而效率降低；更换第2个线圈加热再次加热 1∙4s 外表面温度达到最大后温度不再随时间增加 而增高．根据前面所述涡流规律最大涡流不在表 面处持续加热后只是热层厚度的增加和内表面温 度的上升．加热2∙4s 后热层厚度达到5mm为管 壁厚度的1／2工件径向温度差缩小为418℃基本 达到轧制要求经过短暂均热后进行轧制．感应透 热深度小于7∙85mm电磁感应作用不会影响到芯 棒拉杆．利用下式对工件加热效率进行计算工件 加热效率在75％左右： η＝ P P输出 （8） 图8 两次线圈加热钢管径向温度分布比较 Fig．8 Comparison of billet temperature distribution in the radial direction under single-coil and twin-coil heating 4 结论 （1） 根据管材感应加热过程的有限元法模拟计 算结果被加热工件外表面温度为731℃实际测量 770℃相差 5∙19％模拟计算与测量结果基本 吻合． （2） 通过管材工件感应加热的电磁场、温度场 耦合问题的有限元法分析和模拟可以更深入地分 析感应加热过程中的温度变化及影响温度分布的因 素以利于加热工艺的深入研究和设计． （3） 明确工件不同区域的受热方式得出感应 透热深度的计算公式．为保护钢管内部空间里的芯 棒拉杆需要在钢管内表面处保留一层材料在居里 点温 度 以 下厚 度 至 少 等 于 在 该 频 率 下 δ 的 1∙14倍． （4） 使 用 双 线 圈 加 热感 应 透 热 深 度 小 于 7∙85mm轧制时径向温度差小于418℃加热效果 较单线圈均匀工件加热效率在75％左右． 参 考 文 献 ［1］ Ma J PDuan H WZhang L F．Frequency and power selection for power supply in penetration induction heating． Heat T reat Met200429（11）：71 （马建平段红文张丽芳．电源频率和功率在透热感应加热中 的选择．金属热处理200429（11）：71） ［2］ Zhao C HJiang S L．Principle of the Induction Heating and Its Application．Tianjin：Tianjin Science ＆ 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