forhøre

Kort introduktion af højtemperatur superledende induktion Varmeteknologi og dens anvendelse

I. Industriel teknologiapplikationsbaggrund

På transportområdet er letvægt af stor betydning for energibesparelser, forbrugsreduktion og forbedring af transportkapaciteten. Ifølge forskning kan brugen af ​​aluminiumslegeringsmateriale reducere udstyrskvaliteten med mere end 60%. Med stigningen i den mekaniske styrke af aluminiumprofilkomponenter, kan især aluminiumslegeringsmaterialer effektivt forbedre korrosionsbestandighed og statisk vridningsstivhed af komponenter og lette genanvendelse efter skrot og andre vigtige værdier, udvides anvendelsen af ​​aluminiumlegeringsmaterialer. I den avancerede udstyrsfremstillingsindustri i den nationale "13. femårige" udviklingsplan bliver industrielle aluminiumprodukter af høj kvalitet de vigtigste grundmaterialer for at nå målet om teknologisk opgradering og lokalisering af avanceret industrielt udstyr såsom store fly, biler, jernbanetransittog, rumfart, militærindustri og skibe.

Men inden for avancerede applikationer såsom bilindustrien, rumfartsindustrien, den militære industri, den geometriske struktur af aluminium til at bruge mekaniske egenskaber og overfladekvalitetskrav også højere og højere, på nuværende tidspunkt er de fleste af aluminiumsvirksomheder til at vedtage ac induktionsopvarmning og gas opvarmning, dens præcision begrænset behandling kapacitet, ud over den utilstrækkelige præcision af ekstrudering dø, er i vid udstrækning tidligere aluminium barre opvarmning i opvarmningsprocessen af ​​aluminium profil ekstrudering til aksial gradient distribution ensartethed og kan ikke opfylde kravene. På nuværende tidspunkt er mange avancerede aluminiumsprofiler i Kina stadig afhængige af import. Superledende DC induktionsvarmeteknologi er til stor hjælp til at forbedre de mekaniske egenskaber og overfladefinishen af ​​ekstruderede profilprodukter. Det er en effektiv teknologisk vej for virksomheder at opgradere deres produkter.

Ud fra aspektet energibesparelse og forbrugsreduktion er højtemperatur superledende DC induktionsvarmeteknologi af stor betydning. Ifølge forfatterens nylige feltundersøgelse af aluminiumvirksomheder overstiger virksomhedens årlige energiforbrug 600 millioner yuan, og opvarmningsprocessen tegner sig for mere end 60% af hele anlæggets energiforbrug. HVIS en varmeovn på 1M W anvender superledende DC-induktionsteknologi, kan den spare elektricitet op til 2 millioner kW t om året, direkte reducere elomkostningerne med 1 million yuan og samtidig spare 0.8 millioner T standardkul, reducere kuldioxid emissioner med 20,000 T, og reducere nitrogenoxidemissioner med 300T. Kinas aluminium produktionskapacitet tegner sig for halvdelen af ​​verdens samlede, landets aluminium fabrik opvarmning ovn mere end ti tusinde, hvis brugen af ​​superledende DC induktion teknologi til energibesparende transformation, dens energibesparende plads er meget stor. I Kinas enorme aluminiumprofilforarbejdningsindustrimiljø har den højtemperatur-superledende DC-induktionsopvarmningsteknologi med fordelene ved energibesparelse og emissionsreduktion og højpræcisionsopvarmning en meget stor anvendelsesværdi. Hvis den nye superledende DC-induktionsteknologi bruges til energibesparende renovering, er pladsen til energibesparelse og forbrugsreduktion meget stor.

Superledende og højtemperatur superledende induktionsvarmeteknologi

Allerede i slutningen af ​​det 19. århundrede og begyndelsen af ​​det 20. århundrede opdagede man ved at afkøle kviksølv med flydende helium ved et uheld, at når temperaturen faldt til -268.95 ℃ (4.2K), forsvandt modstanden af ​​kviksølv fuldstændigt, hvilket var også kendt som superledning. Derefter udførte forskere fra forskellige lande forskning i superledningsteknologi og anvendelse.

Superledende materialer, på nuværende tidspunkt er der lavtemperatur superledende materialer og højtemperatur superledende materialer. Kryogen superledning refererer til egenskaberne ved superledning i et -269 ℃ (4K) flydende helium miljø. Højtemperatur superledning er dog kun den ultralave temperatur og meget højere temperatur, der kræves af lavtemperatur superledning, som normalt har et maksimum temperatur på -194 ℃ (20 ~ 77K).

I 1999 udviklede Sumitomo Chemical Corporation i Japan en bismuth (Bi) 2223-strimmel omkring en ledende afkølet magnet og verificerede magnetens hurtige excitation og langsigtede drift i 20K-temperaturområdet. I 2001 verificerede det japanske SMES forsknings- og udviklingscenter gennemførligheden af ​​en 15 kWh højtemperatur superledende ringmagnet med ledningskøling, det eksterne felt på 10T og lagret energi på 72MJ, og eksperimentet opnåede tilfredsstillende resultater.

Det ledende afkølede højtemperatur superledende højgradient magnetisk separationssystem udviklet af Los Alamos nationale laboratorium i 1997 genererer et magnetfelt på 1.6T ved 100A. I 2005 blev eksperimentet med at anvende HTS magnet i 95G HZ vibrerende gyroskop udført i USA, og der blev opnået tilfredsstillende resultater.

I 2005 afsluttede Institute of Electrical Engineering, det kinesiske videnskabsakademi produktionen af ​​en enkeltgevind højtemperatur superledende magnet med en indre diameter på 120 mm, en ydre diameter på 211.2 m og en højde på 202.8 m. Magneten er lavet af (Bi) 2223, som afkøles ved ledning. Når den omgivende temperatur er 20K, er den centrale feltstyrke 3.2t. Magnetens kritiske strøm er 49.8A under 77K selvfelt.

Inden for højtemperatur superledende teknologi fik stor udvikling i de senere år, anden generation af superledende strimler har fået den kommercielle produktion, men højtemperatur superledende teknologi og anvendelsen af ​​praktiske fremskridt er ikke snart, det vigtigste globale marked er stadig en lav temperatur superledende, især til superledende magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), ifølge den europæiske Conectus-undersøgelsesdata optager superledende markeder rundt om i verden i 2012, lavtemperatur-superledende en andel på 5.2 milliarder euro, MRI, som optager en markedsandel på 4.1 milliarder euro , og højtemperatur superledende markedsstørrelse for 3 0 millioner euro.

Selvom det nuværende superledermarked stadig er det absolutte mainstream, med den kontinuerlige udvikling af HTS-teknologi, samt den gradvise udvikling af den nye HTS-forretning, er HTS-teknologien ved at blive forskningsfokus for superledning. På sigt vil dets markedsandel blive kraftigt øget, så forskningen i HTS applikationsteknologi har stor betydning for udvidelsen af ​​HTS-markedet. Under denne udviklingsbaggrund er det af stor betydning at udføre forskning i superledende DC induktionsvarmeteknologi og fremme dens praktiske anvendelse. Nu bruges normalt som YBCO (YBCO) og andre højtemperatur superledende strimler vikling superledende magnet baggrundsmagnetfelt i kernen, drevet af det mekaniske transmissionssystem, såsom aluminium barrer og andre metalartefakter i magnetfeltrotation, emneskæringslinjer til danne en hvirvel og producere joule varme, realisere emnet varmebehandling.

III. Anvendelsesudsigt til højtemperatur superledende induktionsvarmeteknologi

1. Introduktion til varmebehandling af aluminiumsprofiler

Forvarmning af aluminiumstænger er en nøgleproces i produktionen af ​​aluminiumsprofiler før ekstruderingsprocessen for bearbejdning af aluminiumsprofiler. Almindelige opvarmningsmetoder for aluminiumsbarrer omfatter elektromagnetisk induktionsopvarmning, modstandsovnopvarmning, naturgasopvarmning og så videre.

Naturgasopvarmningsmetoden er meget udbredt i civil fremstilling af aluminiumsprofiler, især velegnet til små og mellemstore ekstruderproduktionslinjer mindre end 30MN. Ulempen ved naturgasopvarmningsmetoden er, at det er vanskeligt at kontrollere temperaturgradienten, og temperaturensartetheden af ​​aluminiumekstrudering kan ikke kontrolleres. Elektromagnetisk induktionsopvarmning bruges mest i ekstruderingsproduktionslinjen med mere end 36MN, industrielle profiler af høj kvalitet, rumfarts- og militærmaterialer og strukturelle materialer. Superledende DC induktionsvarme er en ny induktionsvarmeteknologi udviklet til aluminiumsekstrudering i de senere år.

Den traditionelle induktionsopvarmningsmetode BRUGER vekslende magnetfelt til at generere hvirvelstrømme i det statiske emne for at realisere opvarmning af emnet. Men når aluminium, kobber og andre metaller ikke er ferromagnetiske materialer, er opvarmningseffektiviteten mindre end 50%, når traditionel AC-induktionsopvarmning anvendes. Superledende DC-induktionsvarmeteknologi er, at rotationen af ​​aluminiumstængerne genererer relativ bevægelse til det statiske magnetfelt, og de skærende magnetiske induktionslinjer danner hvirvelstrømme og genererer Joule-varme for at realisere opvarmningen af ​​aluminiumstængerne. Opvarmningseffektiviteten er forbedret til 80% ~ 85%, hvilket giver den en åbenlys konkurrencefordel.

2. Fordele ved HTS induktionsvarmeteknologi

Superledende induktionsvarmeteknologi udnytter nulmodstandskarakteristikken for superledende materialer ved kritisk lav temperatur til at etablere et DC-magnetfelt på omkring 0.5 ~ 1T. I DC-magnetfeltet drives aluminiumbarren af ​​en motor til at rotere, skære magnetfeltlinjer, generere induceret strøm og opvarme aluminiumsbarren. Grundprincippet for opvarmning er det samme som traditionel induktionsopvarmning, som er Faradays lov om elektromagnetisk induktion, hvirvelstrømseffekt og Joules lov. Sammenligning af arbejdsprincip mellem traditionel induktionsopvarmning og superledende induktionsopvarmning; sammenligning af superledende DC induktionsvarmeteknologi med traditionel AC induktionsvarmeteknologi og gasvarmeteknologi. Sammenlignet med konventionel AC induktionsopvarmning har HTS induktionsopvarmning fire fordele.

(1) Høj effektivitet og energibesparelse

I den superledende DC-induktionsvarmeteknologi kan skabelsen af ​​et 0.5 T mål DC-effekttab i den superledende spole af det magnetiske felt ignoreres, effektiviteten af ​​hele systemet afhænger hovedsageligt af motorens drivspindelrotation og den modne teknologi af motoren kan nemt opnå effektivitet mere end 90% sammenlignet med den traditionelle induktionsvarmeeffektivitet på omkring 50%, energibesparende effekt er meget indlysende.

(2) Høj varmekvalitet

Barren opvarmes ensartet, og den aksiale temperaturgradient kontrolleres nøjagtigt. Den traditionelle AC induktionsvarmeovn anvender normalt vekselstrømmen, der er større end strømfrekvensen (50Hz), på grund af hudeffekten fordeles den genererede hvirvelstrøm hovedsageligt på overfladen af ​​barren, og ensartetheden af ​​amplitudevarmeeffekten af ingot er ikke godt. Superledende DC-induktionsopvarmning kan opnå en mere ensartet amplitudetemperatur ved at justere spindelhastigheden, øge styrken af ​​det magnetiske felt og øge indtrængningsdybden af ​​hvirvelstrømseffekten. På nuværende tidspunkt styres spindelhastigheden til 240 ~ 720 rpm (svarende til 4 ~ 12Hz). Sammenlignet med den traditionelle varmeovn kan den opnå en dybere og mere ensartet aksial temperaturfordeling.

(3) Kan opvarme en række ikke-jernholdige metalmaterialer

Traditionel AC-induktionsopvarmning bruges hovedsageligt til opvarmning af aluminium og kobber på grund af dens lave varmekvalitet og ujævne opvarmning. Højtemperatursuperledende DC-induktionsopvarmning er mere ensartet på grund af den forbedrede varmekvalitet og er også velegnet til opvarmning af magnesiumlegering, titanlegering, nikkel-kromjernlegering og andre specielle legeringer. Udenlandske forskere har endda rettet deres opmærksomhed mod højtemperatur-superledende DC-induktionsopvarmning til ikke-jernholdigt metal forvarme ekstruderingssmeltning og andre områder.

(4) Enkel og bekvem installation og vedligeholdelse

Under driften af ​​den superledende spoleexcitationsvikling i den superledende DC-induktionsopvarmningsanordning er den superledende magnet statisk, roterer ikke, vibrerer ikke og har ikke slid. Det superledende magnetkølesystem anvender kølemaskinen til at udføre køling, som er enkel i strukturen, nem at betjene og kan køre i lang tid uden væsketransport ved lav temperatur og supplerende drift. Derudover er modstanden af ​​den superledende magnet under arbejde meget lille, endda 0, så isolationskravet til den superledende spole reduceres. Derudover, sammenlignet med den konventionelle AC-induktionsvarmer, kræver den superledende induktionsopvarmningsenhed ikke en højeffekt AC-frekvenskonverteringsstrømforsyning og kræver ikke designet af en reaktiv kompensationsenhed.

Forskning i højtemperatur superledende DC-induktionsteknologi i ind- og udland og udvikling af varmelegeme (udstyr)

I begyndelsen af ​​det 21. århundrede blev Norge, Tyskland, Italien, Rusland og andre lande med skoler og videnskabelige forskningsinstitutter til forskning i superledende induktionsvarmeteknologi i de senere år til hovedstrøm i international akademisk forskning, som f.eks. som det norske universitet for naturvidenskab og teknologi og Norge SINTEF energiforskningsinstituttet, Hannover, Tyskland, Italiens Leibniz universitet Havana universitet, universitetet i Bologna, Rom, st. Petersborg, Ruslands nationale elektriske universitet osv., det videnskabelige forskningsarbejde for de italienske institutioner for videregående uddannelse og Ministeriet for Videnskab og Teknologi til finansiering.

I 2002 forbedrede M.Unde og N.Mnusso fra Norge opvarmningseffektiviteten af ​​traditionelle AC-induktionsvarmeapparater ved at bruge superledende spoler. En 10kW AC superledende induktionsopvarmningsenhed blev udviklet.

I 2003 foreslog de ideen om at bruge DC-opvarmning på grund af det ikke-ubetydelige AC-tab af superledende spoler under AC-forhold. Da det teoretiske tab af det superledende DC-system er nul, kan den teoretiske effektivitet af denne metode være så høj som 90%. I 2005 blev universitetet i Bologna i Italien forsker m. Fabbri og Arjun orandi og teamet for aluminium barrens varmetemperaturfordeling i det statiske DC-magnetfelt lavede simuleringsberegningen i 2007 m. abbrihe og arjun orandi og er blevet fremsat til magnetfeltfordelingen i induktionsvarmeapparater, saddelspolemagnetstruktur, 2009, for at verificere rigtigheden af ​​simuleringsmodellen udviklede de en model af jævnstrømsopvarmningen. Modellen BRUGER 6 XGS26 samarium – kobolt permanente magneter til at generere et DC magnetfelt, som verificerer rationaliteten af ​​simuleringsmodellen.

I 2008 udviklede Nikanorov fra St. Petersburg Electrotechnical University i Rusland og Zlobina fra Leibnitz University i Hannover, Tyskland, etc. en TRE-DIMENSIONAL model for aluminium ingots og superledende spoler ved at bruge finite element modelleringsmetoden, og analyserede indflydelsen af ​​forskellige parametre på overfladetemperaturfordelingen af ​​aluminium barrer efter opvarmning.

I 2008, Thierry Lubin og Denis Detter et al. i Frankrig foreslog metoden til opvarmning af aluminiumstænger ved at anvende et roterende magnetfelt. Selvom denne metode kan opnå høj effekteffektivitet, er det vanskeligt at lave en roterende superledende elektrode på grund af det høje krav til fremstillingsteknologi.

I 2008 blev Italiens m. abbri og en. Morandi, på grundlag af den eksisterende forskning om industriel opvarmning bør være den ensartede temperatur af aluminium behandlingskrav, ved hjælp af simuleringsmodel af induktionsopvarmning proces blev beregnet, og spoledesignet er optimeret, 3 d spole struktur, struktur optimering af aluminium barren ende magnetfeltfordeling, kan reducere indflydelsen af ​​sluteffekt, bedre høj temperatur ensartethed af induktionsopvarmning.

I 2008 udviklede Tysklands Zenergy Power verdens første højtemperatursuperledende induktionsvarmeudstyr og satte det i drift i Vislalu aluminiumsværk, hvilket er et vigtigt skridt for superledende DC induktionsvarmeteknologi fra laboratoriet til markedet. Udstyret består af fire hoveddele: højtemperatur superledende magnet, kølesystem, varme og isolering samt drivsystemet. Det kryogene miljø, der kræves til den normale drift af den superledende magnet, tilvejebringes hovedsageligt af kølesystemet, der er monteret på toppen af ​​den superledende magnet.

I 2014 fremstillede Jong-Ho Choi fra Changwon University i Sydkorea en 10kW højtemperatur superledende DC induktionsvarmeanordning, hvor den superledende magnet blev viklet af YBCO højtemperatur superledende strimmel. Prototypemagnetdesignet af den eksperimentelle enhed er en c-type enkelt luftgab jernkerne geometrisk struktur, ikke-isoleret superledende banetype spole. Denne varmeprototype blev brugt til at teste aluminiumsblokken med en diameter på 8cm og en længde på 30C m, og opvarmningseffektiviteten var henholdsvis 87.5%.

I 2015 startede Jong-Ho Choi et al fra Changwon University i Sydkorea på grundlag af den tidligere 10 kW højtemperatur superledende DC induktionsopvarmningsenhed gennemførlighedsanalysen af ​​den 300 kW højtemperatur superledende DC induktionsopvarmningsenhed. Prototypen af ​​den HIGH-TEMPERATURE superledende DC induktionsvarmeanordning understøtter opvarmning af aluminium barrer med en længde på 70 cm og en diameter på 23.6 mm. SuNam YBCO strimmel er valgt med en bredde på 12 mm og en tykkelse på 0.15 mm. Magneten er designet med en dobbeltkage racerbanespole med en jernkerne. Længden og diameteren af ​​magneten er 62.5 cm og 22 cm, antallet af spoler er 300 omdrejninger, og den samlede længde af strimlen er 3 407m. Når induktansen af ​​magneten med excitationsstrøm 440 A er 1.73 H, er den centrale magnetiske feltstyrke af aluminium barren 1.1t.

Der er et par former for forskning om superledende DC induktionsopvarmning i Kina. I Tyskland i 2008 udviklede sig til en global, 1 DC superledende efter induktionsopvarmning enhed har været i den indenlandske nogle indledende rapporterede, at Beijing, superledende teknologi co., LTD. Lille prototype fuldførte superlederopvarmningsteknologien af ​​foreløbige forsøg af den lille prototype af aluminium barren størrelse er 30 mm * 80 mm, og eksperimentet af aluminium barren temperatur er den radiale overflade til aluminium barrer oprindelse punch, og indsæt K type elektrisk kobling , og derefter målt med et multimeter, kommer elektrisk ved et uheld i kontakt med den indvendige overflade af hullet til aluminiumsbarrer. Dette eksperiment verificerer, at princippet om induktionsvarmeteknologi er fuldstændig gyldigt, men det kan ikke påvise effektivitetsforbedringseffekten. I mellemtiden skal den lille prototypes mekaniske transmission og motorkomponenter også optimeres. I de senere år har Shanghai Superconductor Technology Co., Ltd. og Jiangxi Lianchuang Optoelectronics Technology Co., Ltd. udført teknisk samarbejde i forskningen af ​​MW højtemperatur-superledende induktionsvarmeteknologi og udvikling af varmeapparater.

Del denne artikel til din platform:

fejl:

Få et citat