電磁懸浮熔煉技術中線圈設計對金屬球懸浮力的影響：數值模擬系統建立及其實驗驗證

Abstract

電磁懸浮熔煉 (Electromagnetic Levitation EML) 為一種將金屬材料於懸浮狀態下加熱的熔煉技術，該製程結合電磁懸浮、電磁攪拌和感應加熱等技術，在加熱、熔化和凝固過程中其熔煉材料皆不需與容器接觸，可避免容器帶來的汙染，熔煉出高純度的材料。 影響EML製程的主要因素為加熱頻率和線圈設計，頻率影響加熱速率與均勻性，線圈設計影響懸浮加熱之位置，但加熱頻率受限於機台，線圈設計因此為影響EML製程的指標。若以傳統的試誤 (Trial and error) 方式進行參數改良，會耗費?多成本與人力，故本研究採用電腦數值模擬技術進行EML製程之模擬。目標在於建立其數值模擬系統，探討線圈設計對懸浮力的影響，內容包含電磁場、懸浮力、平衡高度和溫度場分布。 模擬結果利用熔煉過程的實驗結果進行驗證，可以分成三個部分：第一部分為鋼球和鈦球於線圈A和B下的懸浮高度，模擬與實驗有一致的高度位置。第二部份為大小顆鋼球於線圈A下的懸浮力，模擬與實驗具有相同的趨勢，當電流值增加，浮力值也有增加的趨勢，而且大顆鋼球的浮力值約為小顆鋼球的兩倍左右，驗證了電磁場的可信度。第三部分為鈦球於線圈B下的溫度，同樣是加熱190秒，模擬溫度為1402 oC，實驗為1421 oC，誤差百分比為1 3%，驗證了模擬溫度場系統的可信度。 另外，模擬建立線圈C和D隨高度變化的懸浮力，並預測其懸浮的高度，同時比較線圈A、B、C和D的設計，得到線圈的匝數與上下排間距是影響金屬球平衡高度的主要因素，而線圈纏繞直徑影響則較小。

Date of Award	2017 Aug 14
Original language	Chinese
Supervisor	Jui-Chao Kuo (Supervisor)