本文簡要介紹了大型鍛造支撐輥全盤管靜態(tài)感應(yīng)加熱技術(shù)、大型鋼管內(nèi)掃描感應(yīng)加熱技術(shù)、熱軋鋼板邊緣加熱技術(shù)的發(fā)展歷程和主要難點。對感應(yīng)加熱過程中的三個研究課題——末端效應(yīng)及其對策、加熱溫度的精確控制和復(fù)雜工況下的電磁場分析進(jìn)行了探索和討論。
1、托輥全線圈靜電感應(yīng)加熱技術(shù)
全線圈靜態(tài)感應(yīng)加熱技術(shù)被開發(fā)用于支撐輥的感應(yīng)淬火，其中多匝電磁感應(yīng)線圈在加熱過程中覆蓋加熱的支撐輥的所有工作表面。輥子旋轉(zhuǎn)以提高圓周溫度均勻性，同時在軸向上相對于感應(yīng)線圈保持相對靜止。與傳統(tǒng)熱處理技術(shù)相比，全線圈靜電感應(yīng)加熱技術(shù)在用于支承輥熱處理時具有更深的硬化層和更大的硬度值。通過這項技術(shù)，可以提高處理過的滾筒的耐磨性和使用壽命，降低生產(chǎn)和維護(hù)成本。由于支撐輥通常直徑大于1.5米，高度大于2米，它不可避免地需要比傳統(tǒng)感應(yīng)加熱更長的熱處理時間。此外，整個輥表面的溫度分布差異被限制在±10°C以內(nèi)。這些要求使得該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用難以實現(xiàn)，除非我們能夠精確計算感應(yīng)加熱系統(tǒng)參數(shù)并控制加熱過程。
本研究將支撐輥從450°C加熱到900°C以上，在加熱過程中物理性能發(fā)生較大變化，導(dǎo)致加熱系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)顯著波動。這種現(xiàn)象使得難以精確控制加熱過程。等效電感隨著溫度的升高而下降，最終達(dá)到一個穩(wěn)定值。此外，初始電感幾乎是高溫時的兩倍，這使得在負(fù)載電容保持恒定的情況下，在整個加熱過程中加熱頻率增加了近50%。這種現(xiàn)象不僅對感應(yīng)加熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有很大影響，而且對溫度分布也有重要影響。由于感應(yīng)加熱層的厚度要求在100mm以上，加熱頻率通常在100Hz以下。另一方面，感應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)隨著支承輥及其相應(yīng)加熱線圈的尺寸而變化，這使得感應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計和加熱過程的控制更加復(fù)雜。
關(guān)于溫度分布，在半徑方向上比較容易得到理想的溫度分布。然而，在加熱過程中使用螺線管式感應(yīng)線圈時不可避免地會出現(xiàn)端部效應(yīng)，這使得輥表面溫度難以控制。沿軸向的輥表面溫度隨時間呈現(xiàn)不同的非線性分布特征，這主要取決于線圈結(jié)構(gòu)、輥高度和線圈與輥間距。當(dāng)軋輥表面溫度低于居里溫度時，軋輥端部溫度遠(yuǎn)低于中部溫度。但是，當(dāng)感應(yīng)加熱過程中輥表面溫度超過居里溫度時，輥子端部的溫度會迅速上升并超過其他部分的溫度。這意味著簡單地改變感應(yīng)加熱參數(shù)并不能提高溫度分布的均勻性。為了解決這個問題，已經(jīng)提出并實施了一種有效的方法，即根據(jù)相應(yīng)加熱輥部件的表面溫度分別調(diào)整加熱線圈電流。
對于前面提到的障礙，計算機(jī)模擬用于準(zhǔn)確模擬感應(yīng)加熱過程和溫度分布。首先通過實驗結(jié)果對仿真模型進(jìn)行驗證和優(yōu)化。軋輥表層的溫度均勻性得到了很好的控制，而軋輥內(nèi)部保持在較低的溫度。紅外測溫結(jié)果表明，整個軋輥表面溫差小于±5℃，其中S1 ～S5為紅外輻射溫度計在感應(yīng)加熱過程最后階段輥面不同位置測得的溫度曲線。這五條曲線幾乎相互重疊，這意味著在整個輥表面獲得了非常均勻的溫度分布。
耐磨性是鋼管用于物料輸送時的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，直接影響其使用壽命和性價比。在鋼管生產(chǎn)過程中，利用熱處理技術(shù)提高其硬度和耐磨性是一種有效的方法，在工業(yè)生產(chǎn)線上有著廣泛的應(yīng)用。但是，對于用于運輸?shù)拇罂趶戒摴?，采用傳統(tǒng)的熱處理方法存在很多困難。將掃描感應(yīng)淬火技術(shù)應(yīng)用于鋼管內(nèi)表面，以提高其內(nèi)部硬度和耐磨性。通過開展成分研究、計算機(jī)模擬、物理實驗、測溫、硬度測試等一系列研究工作，
為提高其使用壽命，鋼管最好對其壁厚的50%以上進(jìn)行感應(yīng)淬火。由于過熱會導(dǎo)致晶粒粗化，因此在加熱過程中控制最高溫度低于一定溫度很重要。這個峰值溫度可以通過加熱功率、加熱頻率和鋼管的移動速度來控制。為了精確控制整個加熱過程，已經(jīng)實施了計算機(jī)模擬。在低移動速度下，熱傳導(dǎo)占主導(dǎo)地位，這使得溫度梯度難以獲得。加熱過程中內(nèi)表面溫度有一個峰值，而沿半徑方向的溫差很快就在加熱線圈外變得平緩，其中在開始淬火位置內(nèi)外表面的溫差僅在20度以內(nèi)。因此，為了提高溫度梯度，應(yīng)提高鋼管的移動速度。
進(jìn)行了感應(yīng)淬火實驗，研究了真實加熱過程和處理后鋼管的力學(xué)性能。感應(yīng)淬火過程中鋼管不同位置的熱電偶測得的溫度與計算結(jié)果吻合良好。在鋼管圓周方向上溫度分布均勻的高溫環(huán)，該環(huán)在整個感應(yīng)淬火過程中以恒定速度和穩(wěn)定的溫度分布移動，確保在合適的鋼成分下，10mm厚的鋼管具有1,400 MPa的強(qiáng)度。
具有“C”形連接芯的邊緣加熱器用于熱軋鋼板的感應(yīng)加熱。邊緣加熱器在應(yīng)用過程中，經(jīng)常發(fā)生火花現(xiàn)象，這是由輸送輥和加熱鋼板之間的放電電弧引起的。為了避免這種情況，可以采取一些預(yù)防措施，例如保持輸送機(jī)滾筒與地面絕緣，制造直徑不等的滾筒，輸入相反方向的附近線圈電流等。由于生產(chǎn)線條件惡劣，鐵屑和水霧會破壞滾筒的絕緣等級。很難長期保持高絕緣值，這給穩(wěn)定生產(chǎn)和維護(hù)帶來了更大的挑戰(zhàn)。
分析表明，引起火花現(xiàn)象的主要因素有：（1）滾筒表面粗糙度，（2）輸送滾筒的絕緣值，（3）輸送滾筒接觸部位感應(yīng)渦流的大小。和鋼板。滾筒的表面粗糙度和絕緣值基本上取決于輸送滾筒的現(xiàn)場維護(hù)，而感應(yīng)渦流受許多因素的影響，如移動過程中鋼板的偏差、鋼板的寬度、線圈的相對位置、加熱功率等。很明顯，如果輸送機(jī)滾筒與鋼板接觸位置處的感應(yīng)渦流較小，則鋼板與滾筒之間不太可能發(fā)生火花。在這項研究中，通過數(shù)值模擬分析了前面提到的影響感應(yīng)渦流的因素。通過實驗結(jié)果對數(shù)值模擬模型進(jìn)行了驗證和優(yōu)化，以提高其精度。
發(fā)現(xiàn)不同鋼板寬度沿輥對板接觸線的電流密度分布存在顯著差異。窄鋼板接觸線處的最大渦流密度大于寬鋼板。
另一方面，通常有四個線圈并聯(lián)在鋼板的兩側(cè)。在加熱過程中，鋼板很容易向一側(cè)移動，從而導(dǎo)致感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)的負(fù)載匹配不平衡。在相同的輸入電流下，鋼板覆蓋線圈較多的一側(cè)的感應(yīng)電流大于另一側(cè)的感應(yīng)電流。這個結(jié)果表明產(chǎn)生火花的可能性，當(dāng)鋼板偏離感應(yīng)線圈的一側(cè)時會大大增加。而且，前面提到的負(fù)載匹配不平衡進(jìn)一步加劇了線圈中輸入電流的不均勻分布，導(dǎo)致鋼板中的感應(yīng)電流有很大的偏差。因此，鋼板會在鋼板的每一側(cè)被加熱到不同的溫度，導(dǎo)致沿鋼板寬度的物理性能不均勻。因此，強(qiáng)烈建議采取有效措施避免鋼板偏斜，以減少火花現(xiàn)象。
以上是關(guān)于大型鍛造支撐輥全盤管靜態(tài)感應(yīng)加熱技術(shù)、大型鋼管內(nèi)掃描感應(yīng)加熱技術(shù)、熱軋鋼板邊緣加熱技術(shù)的發(fā)展歷程和主要難點的介紹。更多關(guān)于感應(yīng)加熱技術(shù)的相關(guān)技術(shù)知識，請咨詢青島海越機(jī)電--中頻高頻電磁感應(yīng)加熱設(shè)備制造商。
