Ứng dụng của lò cảm ứng trong việc giảm nhẹ phương tiện sử dụng năng lượng mới

Dưới bối cảnh công nghiệp của Xe năng lượng mới (NEV) tiến hoàn toàn về phía “giảm nhẹ thành phần lớn” (chẳng hạn như gầm xe phía sau và bộ pin đúc sẵn tích hợp từ 6.000T đến 16.000T) Và “sử dụng kết cấu thép cường độ cao” (chẳng hạn như thép hình nóng và thép cường độ cao tiên tiến thế hệ thứ ba), độ chính xác nóng chảy kim loại và kiểm soát nhiệt độ đang phải đối mặt với những thách thức giới hạn kỹ thuật chưa từng có.

Cho dù xử lý các lò tích hợp giữ nóng chảy có trọng tải lớn cho hợp kim nhôm hay thiết bị nấu chảy chân không/cảm ứng cho thép cường độ cao, ngay cả những sai lệch kiểm soát nhiệt độ nhỏ (trong vòng ± 5oC ) có thể được khuếch đại tuyến tính, dẫn đến việc các vật đúc của xe bị hỏng hoặc các bộ phận an toàn quan trọng bị hư hỏng.

TÔI. Những thách thức kiểm soát nhiệt độ khắc nghiệt khi nấu chảy các thành phần nhôm đúc siêu lớn (Đúc khuôn tích hợp)

Đúc hợp kim nhôm siêu lớn (chẳng hạn như các bộ phận kết cấu khung gầm xe tích hợp) thường sử dụng hợp kim dòng Al-Si-Mg (ví dụ., AlSi10MnMg). Do sự thay đổi độ dày thành lớn, cấu trúc phức tạp, và chuỗi xử lý cực kỳ dài, những vật đúc này đặt ra những yêu cầu khắt khe về chất lượng tan chảy, trình bày các điểm nghẽn sau đây để kiểm soát nhiệt độ lò cảm ứng:

• “Trường nhiệt độ khuấy điện từ” Sự mất cân bằng khớp nối trong các bể tan chảy công suất lớn: Khi công suất lò tăng lên mức nhiều tấn, trường điện từ xen kẽ được tạo ra bởi lò cảm ứng tần số trung bình làm tăng tốc độ đồng nhất thành phần hợp kim nhưng cũng gây ra sự khuấy trộn điện từ mạnh. Công suất quá mức hoặc tần số không phù hợp gây ra hiện tượng lăn bề mặt hỗn loạn, tăng tốc độ hấp thụ hydro trong nhôm nóng chảy (hình thành khuyết tật lỗ kim) và đốt cháy các nguyên tố hoạt tính như magie và stronti; không đủ năng lượng dẫn đến sự tách lớp nhiệt độ trên-dưới và quá lạnh cục bộ hoặc quá nhiệt ở phía dưới.
• Độ nhạy nhiệt độ của quá trình tạo mầm silicon Eutectic và Sơ trung đuôi gai Cánh tay Khoảng cách (SDAS): Cửa sổ nhiệt độ đổ cho hợp kim nhôm-silic thường bị giới hạn nghiêm ngặt trong phạm vi hẹp (ví dụ., 680oC ± 5oC ). Nhiệt độ quá cao làm trầm trọng thêm sự kết tủa pha sắt và sự thô hạt, trong khi nhiệt độ thấp gây ra sự sụt giảm đột ngột về tính lưu động, đóng cửa lạnh, hoặc khuyết tật điền không đầy đủ.
• Kiểm soát ngưỡng bay hơi của các phần tử điều chỉnh vết: Hợp kim nhôm thân ô tô hiện đại phụ thuộc rất nhiều vào các nhà tinh chế hợp kim chính Ti-B và strontium (Sr) sửa đổi. Trong quá trình nóng chảy cảm ứng ở nhiệt độ cao, cứ tăng nhiệt độ lên 10oC, tốc độ oxy hóa và đốt cháy của stronti tăng phi tuyến tính, trực tiếp dẫn đến những biến động lớn về tính chất cơ học (độ giãn dài và độ bền kéo).

Ii. Yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chính xác để nấu chảy và xử lý nhiệt độ bền cao / Thép cường độ cực cao

Trong giai đoạn nóng chảy của thép cường độ siêu cao (chẳng hạn như thép hình nóng loại 1500MPa đến 2000MPa) được sử dụng trong dầm va chạm NEV, Trụ cột A/B, và tấm sàn chống cháy nổ pin, thành phần hóa học và kiểm soát độ tinh khiết đạt mức độ vết:

• Sự phụ thuộc nhiệt độ-hóa học của carbon, Mangan, và cân bằng hợp kim silicon: Sự dao động nhiệt độ nhỏ trong quá trình nóng chảy cảm ứng hoặc gia nhiệt thông qua cảm ứng của thép cường độ cao làm thay đổi trạng thái cân bằng hòa tan cacbua, tỷ lệ austenit hóa, và động lực nổi của các sản phẩm khử oxy (chẳng hạn như Al₂O₃ và các tạp chất).
• Kiểm soát quá nhiệt và bao gồm: Quá nhiệt của thép nóng chảy quyết định trực tiếp đến cấu trúc hóa rắn của phôi hoặc phôi đúc liên tục. Nhiệt độ quá cao dễ làm trầm trọng thêm tình trạng xói mòn của vật liệu chịu lửa (chẳng hạn như lớp lót magie-dolomite hoặc Spinel), giới thiệu tạp chất chịu lửa nước ngoài; nhiệt độ quá thấp không thể loại bỏ hiệu quả các tạp chất oxit vi mô, trở thành nguồn nứt mỏi trong quá trình dập và sử dụng tiếp theo.

Iii. Những nút thắt kỹ thuật tiềm ẩn đối mặt với hệ thống kiểm soát nhiệt độ lò cảm ứng tần số trung bình

1. Độ trễ động của trở kháng phi tuyến tính và quán tính nhiệt: Trong quá trình chuyển pha của lò cảm ứng từ nóng chảy điện tích lạnh sang giữ chất lỏng, tính thấm từ (đặc biệt là sự chuyển tiếp điểm Curie của thép) và điện trở suất của điện tích thay đổi đáng kể theo nhiệt độ, gây ra sự trôi thời gian thực trong trở kháng tương đương tải. Các thuật toán PID truyền thống dễ dàng tạo ra dao động vượt mức hoặc dao động ở trạng thái ổn định khi gặp quán tính lớn, hệ thống có độ trễ thời gian lớn.
2. “Trôi dạt và Tuổi thọ” Vấn đề nan giải của cảm biến nhiệt độ:
   • Cặp nhiệt điện ngâm: Hoạt động lâu dài ở nhiệt độ cao, nhiễu điện từ mạnh, và nhôm hoặc thép có tính ăn mòn cao, ống bảo vệ cặp nhiệt điện dễ bị hòa tan và biến dạng, dẫn đến kết quả đo nhiệt độ bị sai lệch.
   • Nhiệt kế hồng ngoại: Dễ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi năng động của khói/bụi lò, bức xạ ngọn lửa, tỷ lệ bao phủ xỉ, và độ phát xạ bề mặt kim loại, gây khó khăn cho việc nắm bắt chính xác nhiệt độ bên trong thực sự của bể tan chảy.
3. Hạn chế của quy định độc lập đa vùng: Lò nung cảm ứng lớn thường áp dụng điều chỉnh công suất một vòng hoặc thô, không bù đắp chính xác sự chênh lệch nhiệt độ ở các độ sâu khác nhau và mặt cắt ngang của bể tan chảy.

IV. Con đường đột phá về kỹ thuật để giải quyết những thách thức cực độ

Để vượt qua giới hạn kiểm soát nhiệt độ nói trên, thế hệ tiếp theo của Lò cảm ứng tần số trung bình và hệ thống xử lý nhiệt đang phát triển theo các hướng sau: