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冶金工程作为传统行业,存在着一系列的问题,如污染严重、能耗过高、废物再利用等。随着市场竞争的愈加激烈,科学技术的快速发展,以及对工业产品质量的要求不断提高,推行绿色生产技术,提高生产效率,降低生产成本,成为企业不断追求的目标。与传统加热技术相比,电磁感应加热有很多优势:如能源消耗少、污染少、加热效率高等。电磁感应加热作为一种新型加热方式,被广大的企业和研究者所重视。感应加热的原理为当感应器中通过交变的电流时,在它周围就会产生相同频率交变的磁场,再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。本文采用ANSYS有限元软件和ELTA软件对钢管感应加热的过程进行模拟分析,并进行实验。 目前大部分文献利用ANSYS有限元分析软件对感应加热进行温度场的模拟分析,但是ANSYS有限元分析软件过程复杂、周期较长。本文首先利用ANSYS有限元软件对不同频率和电流下钢管的升温过程进行模拟分析,对钢管感应加热时它的温度是否存在不均匀性进行探讨和研究,对比不同点随频率和电流的变化规律。其次再利用ELTA软件对钢管感应回火进行温度场模拟分析,ELTA是使用有限差分的方法模拟感应加热系统的软件,它可以模拟大多数基本的感应加热系统:圆柱或平板,磁性或非磁性,实心或空心。目前,利用ELTA软件对钢管的感应加热过程进行模拟分析的文献较少,本文依据感应加热的基本原理,利用ELTA软件对P110级(30MnCr22)无缝钢管进行电磁感应回火的模拟分析,得到了钢管整体温度随电流和频率的变化规律,且对不同频率和电流下功率和电压的变化规律进行分析总结,根据功率和电压的变化规律,结合实验室的电源柜选择合适的参数进行快速感应回火的实验,通过实验验证模拟结果与实验结果升温过程基本吻合,可以为感应回火参数的选择提供理论依据。对传统回火和快速感应回火后的钢管进行组织和析出物分析,以及一些基本的力学性能实验。 模拟结果表明,当电流强度为20 A时,频率越大,达到指定温度所需时间越短,加热速率越快;当频率为1000 Hz时,电流强度越大,达到指定温度所需时间越短,加热速率越快。通过模拟分析不同频率和电流下感应回火的升温曲线,选择1000 Hz、20 A进行快速感应回火实验,结果表明,实验结果得到的快速感应回火升温曲线与模拟值得到的快速感应加热升温曲线的相对误差在允许范围内。由此得出结论,可以首先通过模拟,有针对性地制定钢管感应回火工艺和实验方案,为感应加热实验的顺利进行提供了方便。对比扫描电镜和透射电镜照片可以看出,传统回火与快速感应回火过程中的基体组织都是铁素体,主要区别在于铁素体组织的粗细以及析出物的大小和分布,与传统回火相比,采用快速感应回火工艺的析出物更加细小,分布更均匀,且与传统回火相比,快速感应回火的力学性能有所提高。