电磁出钢系统中感应加热线圈工况温度分析

为了将电磁出钢系统应用于实际生产,提出一种能让该系统使用的感应加热线圈在高温水口砖内正常工作的隔热方法.利用数值模拟方法考察了300t电磁出钢系统用钢包水口座砖的热流密度以及有无隔热层条件下置入在水口座砖内的感应加热线圈的工况温度.结果表明,无隔热层条件下线圈在高温水口座砖内无法使用,而在线圈的顶部及内外两侧布置一层隔热材料可以有效地降低线圈的工况温度;隔热层的厚度和导热系数均影响线圈的工况温度,当隔热层厚度为40mm,导热系数为003W/(m·℃)时,线圈的最高工况温度由原来的1187℃降至467℃,满足线圈的工况温度要求.     

电磁出钢装置中座砖内温度分布的分析

针对钢包电磁引流技术中,钢包不是固定装置,现场流动性比较强,无法对感应线圈进行连续冷却这一技术难点.提出了将座砖做成内外组合式,把感应线圈镶嵌到内部座砖里,然后在线圈的顶端和内侧添加高温隔热材料,来减少热量向线圈传递,防止没有水冷时线圈因温度过高而失去工作能力.在实验室条件下,对座砖内温度分布进行了测试,并以此为不同材质的隔热板隔热性能的高温实验做出指导,结果表明:通过添加40mm厚蛭石隔热板后,当高温面温度达到1 000℃,而低温面温度为294℃,低于铜的再结晶温度,线圈处于能够工作温度范围内.     

电磁出钢系统中感应加热电源设计及其对系统可靠性的影响

为了将电磁出钢技术应用于工业生产,需对该系统所用的感应加热电源以及电源在加热过程中系统的可靠性进行分析。利用工业实验和数值模拟方法考察自行设计的钢包内钢水质量为1.5 t的电磁出钢系统钢包的开浇时间,对比验证模型的正确性。在此基础上,考察电源参数(电流I,电源频率f)对300 t电磁出钢系统用钢包开浇效率的影响,以及电源在工作过程中线圈与钢包底壳的温度分布和等效应力。研究结果表明:电流和电源频率均影响钢包的开浇效率,适用于300 t钢包的感应加热电源参数为:I=500 A,f=16 k Hz。该参数电源的运行对线圈和钢包底壳的安全性影响较小,线圈与钢包底壳均满足材料的安全性要求,系统可以安全用于生产。     

螺旋翅片管轧制的中频感应加热数值模拟

在对钢管中频加热过程进行理论分析的基础上,从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,考虑了材料物理性能随温度变化对加热过程的影响,使用Ansys软件建立了钢管电磁-热耦合分析的有限元模型,对钢管中频感应加热问题进行了数值模拟计算. 计算结果中工件外表面温度与实测温度相差5.19%,吻合较好. 提出了感应透热深度的概念,并以此区分钢管内感应加热区域和热传导区域. 根据模拟结果讨论了钢管感应透热深度及温度分布的影响因素,并证明了双线圈感应加热工艺在工件温度分布、热效率及频率分配方面的合理性.     

高温堆球床等效导热系数测量实验加热系统设计及可行性验证

为保障高温气冷核反应堆全尺寸堆芯球床等效导热系数研究实验装置在全工况温度范围内实验的顺利实施,详细设计了等效导热系数实验装置加热系统的选材、结构、绝缘及引出方式。进行了比例缩小的验证实验,分析讨论了实验体现出的加热器材料、绝缘件碳化及保温层内散热等技术难点问题。加热器由9组管状石墨单体连接而成,形成圆柱形中心加热体,外置厚100mm的石墨均温套筒。验证实验结果表明:测试温度达到1 600℃以上可长时间稳定可靠运行,关键结构和材料达到设计要求,可有效保障导热系数实验的测量需求。     

钢筋混凝土烟囱基础温度场数值分析及简化计算方法

采用均匀设计法,选取烟囱基础的24组不同几何参数及物性参数,建立了烟囱基础的有限元分析模型,分析了烟囱基础温度场的分布情况.数值模拟结果与试验结果相比较表明模拟结果是正确的.并对基础内壁最高温度进行了多元线性回归,得到了基础内壁最高温在烟气温度、由内壁内表面计算的基础内径、基础内衬内表面计算的基础环壁埋深、隔热层厚度、隔热层导热系数、土层导热系数等6个因素影响下的拟合特性,为烟囱基础温度场的计算提供了一个简单可行的方法.     

侧壁式感应加热中间包磁/热/流耦合模拟

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合RTD曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形态及温度分布;相同加热功率条件下,U形感应加热线圈优于E形感应加热线圈,且相较于双侧对称分布U形线圈,单侧U形线圈的热效率更佳,冶金效果更好;提高感应加热功率有利于改善钢液的流动和提高铸坯的质量;对于四流中间包,加热功率为800~1 000 kW时,可达到均温补热的效果.     

高强度钢方管局部感应加热数值模拟及实验研究

为了解决高强度钢方管难变形、易开裂等成形难题，在传统冷成形工艺基础上，引入局部感应加热技术.基于矢量磁位法和物理环境法，利用ANSYS参数化设计语言建立局部感应加热电磁-温度场耦合模型.在不同加热工艺参数下进行数值模拟，并采用优化后参数进行实验研究.模拟结果表明，导磁体通过增大磁场强度，可以明显提升感应加热效率.加热频率越高，外圆角区域加热速度越快，但与内圆角区域之间的温差也越大.加热功率越高，高温区域和温度峰值越大，但外圆角区域更容易过热.实验结果表明，采用优化后的加热工艺参数，可以获得圆角半径极小、角部厚度增加且没有裂纹缺陷的高强度钢尖角方管.加热温度模拟值与实测值的误差均值约为7.57%,说明有限元模型具备良好预测精度.     

浸入式水口电磁搅拌对钢液传热凝固的影响

在圆坯连铸浸入式水口上施加电磁力,对水口内钢水产生电磁搅拌作用,对水口出流成螺旋状态的液体的传热凝固过程进行数值模拟,结果表明:旋流出流使得铸坯内温度场明显均匀化,加快钢液热量的释放,气隙厚度减小。温度的均匀化,使得固液相温度梯度减小,改善凝固组织、提高铸坯质量。     

高温液态炉渣的物理性能研究

采用X荧光分析了某炼铁厂的室温固态高炉渣,得出具体化学成分。分别测量了粘度系数、电阻率、导热系数与温度的关系曲线。随着温度的升高,液态高炉渣的粘度系数、电阻率逐渐下降,而导热系数上升。对温度与粘度系数的关系曲线进行了拟合,得出当y0=1.967 2,A=1.95×1019,t=31.8时,拟合曲线与测得粘度数据吻合。1 000℃以上,固态炉渣逐渐融化为液态熔体,流动性逐渐增强,而导热系数增加迅速。基于中频加热设备设计,得出:1)熔融态炉渣可以导电,但导电率较小,说明可以采用中频感应对液态熔体进行加热,但加热功率不大;2)导热系数随着温度升高急剧增加,说明加热温度越高,散热越快,即需要采取保温措施来保证加热设备的正常升温。     

相变蓄冷口红外壳的制备及其性能试验

当夏季温度超过30℃时,口红会因高温发生融化,甚至断裂。为了防止口红在夏季因高温融化,利用3D打印技术制备了光敏树脂的口红外壳,选用十二醇和月桂酸作为中间蓄冷介质,采用加热混合法制备了十二醇–月桂酸相变蓄冷材料。利用瞬态平面热源法导热仪、差示扫描量热仪和蓄冷试验对相变蓄冷材料的导热系数、相变温度、相变潜热和蓄冷特性进行了研究。结果表明:十二醇–月桂酸相变材料的导热系数为0.225 8 W/(m·K),相变温度为18.6℃,相变潜热为179.1 kJ/kg,适合作为口红外壳的相变蓄冷剂。在30℃的高温天气条件下,蓄冷口红外壳能够持续蓄冷大约3 h,可以确保口红不会因高温融化,能够延长口红的使用寿命。     

一种耐高温多层热防护组件结构设计与性能研究

研究了由多种功能层材料组成的热防护组件的结构设计方法与热防护性能.利用仿真计算模拟了高温热环境下由不同厚度的面板层材料与隔热层材料组成的热防护组件的热响应行为,并通过石英灯加热考核验证了优化设计的热防护组件的耐温隔热与可重复使用性能.结果表明,致密的面板层材料具有优异的耐温性能,而由气凝胶组成的隔热层材料具有极低的热导率.根据目标环境匹配设计两种功能层材料厚度,可使多层热防护组件具备经最高温度1 600℃的加热考核后,背温仅为118℃的优异耐温隔热性能.      

注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响

依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想,设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水口.对不同类型水口(直通式、四分径向以及四分切向水口)浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况进行了流体动力学比较研究.结果表明,新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流,并能够产生较强的水平旋流.该水平旋流能降低钢水的冲击深度,抑制钢液面波动,促进夹杂物上浮,还具有促进钢水过热耗散的效果.与四分径向水口相比,新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击,均匀横截面坯壳厚度.此外,该旋流状态使热中心上移,自由液面附近钢水的温度可提高2～6℃,改善化渣条件.     

电磁引流系统的出钢效果分析

利用ANSYS有限元分析软件模拟了在电磁引流系统中用铁粒和碳粉混合物替代传统引流砂时上水口处1,3 h及稳态(时间无限长)的温度场分布,发现Fe/C混合物的温度由上向下逐渐降低,形成一定的温度梯度.在此基础上,验证了Fe/C混合物中的铁粒在一定的工艺参数下可以短时间内熔化,从而实现钢包的顺利出钢.验证了钢包耐火材料在电磁引流过程中可以满足工艺要求.提取了钢包底板的温度场分布,校验了钢包底部钢板在感应加热作用下的安全性.     

温度对沥青混合料导热系数的影响及预估模型验证

为提高就地热再生加热过程中沥青路面温度场的计算精度,采用理论分析和试验相结合的方法,对温度影响沥青混合料导热系数的规律、沥青混合料导热系数预估模型及沥青路面传热模型进行研究。研发基于一维稳态传热原理的单防护平板法沥青混合料导热系数测试装置,测试不同温度下集料、沥青胶浆和沥青混合料的导热系数以及沥青形态随温度变化的规律,分析温度影响沥青混合料导热系数的机理,对比不同模型预估沥青混合料导热系数的精度;将沥青混合料导热系数随温度变化的函数引入沥青路面传热模型,对沥青路面传热模型进行优化,并通过模拟加热试验,对优化前后沥青路面传热模型的精度进行对比。研究结果表明：随着温度的升高,沥青逐渐由固态转化为液态,SBS沥青的软化点在50℃附近,导致沥青混合料导热系数在低于50℃时,随温度的升高而增大,在高于50℃时,随温度的升高而减小;Williamson模型、并联模型、串联模型和陈则韶模型中,Williamson模型预估的沥青混合料导热系数与试验结果吻合度最好;考虑沥青混合料导热系数随温度变化规律的沥青路面传热模型更精确,预估的沥青路面加热功率曲线与试验结果重合度好,为沥青路面就地热再生加热过程中加...     

航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料（CFRP）快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4 ℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。     

基于激光点热源非稳态传热模型测固体材料热物性参数

提出一种基于激光点热源非稳态传热模型测各向同性固体材料热物性参数的新方法.引入镜像热源理论修正绝热边界对测点温升的影响,建立数学模型,利用数值解法结合计算机编程计算材料导热系数和热扩散率,并研制了热物性测试系统.利用真空泵获得试样容器内的低真空环境,由激光发生器发射激光束加热试样一角,温度传感器测量试样上表面温度,通过无线信号发射单元监测温度变化情况.对硼硅玻璃(Pyrex7740)、大理石、硅藻土耐火砖、硅砖和锆质砖进行热物性综合测试.结果表明:前4种导热系数相对较低的试样的测试值与参考值的相对偏差最大不超过2.76%,测试精度较高.导热系数相对较大的锆质砖的测试值与参考值的相对偏差达到了6.38%,测试精度较低.测试系统不确定度分析也表明,被测试样导热系数越大,测试值与真值间的可信度越低,本装置更适用于导热系数小于3.0 W/(m·K)的固体材料.     

盛钢桶用保温板的研制及应用

以电厂粉煤灰“微珠”为主要原料，以复合粘结剂为结合剂，加入适量的粘土熟料、耐火纤维、添加剂，研制出盛钢桶保温板。该保温板的体积密度０．８８ｇ／ｃｍ￣３，抗析强度＞３ＭＰａ，耐压强度＞６ＭＰａ，导热系数０．１８Ｗ／（ｍ·Ｋ）。该保温析使用于１１０ｔ盛钢桶上，与不加保温板的盛钢桶比较，其桶壳表面温度少降低６６．５℃，钢水温度少降了１３℃，减少絮水口率６．７％，使用结果表明，该保温板保温效果好，可实现降低出钢温度１０℃。经济效益显著。     

大温差测试条件下热防护材料高温导热系数试验方法

热防护材料高温导热系数是进行高超声速飞行器设计不可或缺的参数。通过热防护材料导热系数理论分析以及传统稳态法试验原理数学推导,说明了热防护材料导热系数物理本质。探讨了试验温差对热防护材料导热系数测试的重要性和传统稳态法在测试热防护材料高温导热系数时的技术局限性。基于热防护材料内部温度分层特征以及导热系数-温度非线性关系函数形式直接假设,提出并分析证明了两种适用于大温差测试条件的热防护材料高温导热系数试验方法。对热防护材料高温导热系数获取有重要的参考价值。     

高温下与高温后Q550D高强钢材料力学性能试验

高强钢具有强度高、韧性好、可焊性优良等优点,其在土木工程中的应用越来越广泛.高强钢在火灾下的力学性能是钢结构抗火设计的重要影响因素.为获取高温下与高温后Q550D高强钢材料的力学性能,基于稳态试验方法,对Q550D高强钢开展了拉伸试验,考察了不同冷却方式(自然冷却与浸水冷却)与过火温度对Q550D高强钢力学性能的影响,获取了不同温度工况下Q550D高强钢的应力-应变曲线和高温下与高温后各项力学性能参数指标(弹性模量、屈服强度、抗拉强度和极限伸长率)的折减系数,并将试验结果与已有规范和文献结果进行了对比分析.结果表明:高温下Q550D高强钢的弹性模量、屈服强度、抗拉强度随着试验温度的升高而逐渐下降,其折减系数均低于各国规范的取值;当温度超过400℃时,高温下Q550D高强钢的弹性模量、屈服强度和抗拉强度下降明显,当温度超过700℃时,3个力学性能指标均接近于零;不同冷却方式与过火温度对Q550D高强钢的弹性模量影响不大;当温度低于600℃时,高温冷却后Q550D高强钢的屈服强度和抗拉强度的折减并不明显,当温度超过600℃时,屈服强度和抗拉强度显著下降,且自然冷却方式下的下降程度更大;高强钢与普通钢高温冷却后的屈服强度与抗拉强度存在较大差别.