Розглянуто індукційний нагрів однобічним струмовим контуром у вигляді замкненої кривої другого порядку штаби обмеженої ширини та товщини, що рухається з постійною швидкістю. Досліджено залежність температурного поля від геометричних розмірів струмового контура еліптичної форми. Визначено рекомендації щодо вибору геометричних співвідношень струмового контура у формі еліпса та комбінації двох струмових контурів з метою забезпечення рівномірного нагріву штаби по ширині.

Запропоновано виконання однофазного електромагнітного перемішувача рідкого металу промислової частоти з ортогональними магнітними полями. Розроблено математичну модель і розрахункові методики для визначення структури електромагнітних зусиль і характеру руху рідкого металу. Визначено енергетичні показники й обгрунтовано основні конструктивні розміри перемішувача в зоні вторинного охолодження безперервно-литого виливка.

Предложена конструкция двухобмоточного индуктора, включающего две трехфазные обмотки с различным полюсным делением для управления распределением температуры по ширине нагреваемой полосы. На основе решения задачи электродинамики определены энергетические показатели, нормальные и тангенциальные силы, воздействующие на ферромагнитную полосу при ее асимметричном положении в индукторе.

На підставі рішення задачі електродинаміки визначено енергетичні показники, нормальні та тангенціальні сили, що діють на феромагнітну стрічку за умови відхилення її від осі симетрії немагнітного проміжку однофазного багатополюсного індуктора. Визначено умови, за яких досягається стабілізація положення стрічки на осі немагнітного зазору.

Визначено енергетичні характеристики і силова дія на рухому феромагнітну стрічку в процесі її нагрівання в беззалізному лінійному індукторі біжучого магнітного поля.

Разработаны методы анализа динамического состояния электромагнитного вибратора в зависимости от напряжения питания, частоты, жесткости пружинного подвеса и величины трения между заготовкой и гильзой кристаллизатора. Описана конструкция предлагаемого вибратора, в котором использованы постоянные магниты. Указаны диапазоны изменения частоты и амплитуды колебаний подвижной части вибратора. Анализ динамического состояния выполнен на основе решения системы уравнений Кирхгофа и Даламбера. Установлены аналитические зависимости потокосцепления и электромагнитной силы от величин тока и смещения подвижной части вибратора.

Проведены экспериментальные исследования модели дкухобмоточного перемешивателя жидкого металла для кристаллизатора МНЛЗ. Исследования выполнялись при раздельном и совместном включении двух- и четырехполюсных обмоток. Выполнено сравнение экспериментальных данных с теоретическими результатами, полученными с помощью расчетной методики.

Разработана математическая модель и проведены численные расчеты распределения магнитных полей в конструктивных элементах электромагнитного вибратора принятого исполнения с использованием постоянных магнитов для системы качания кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок. Установлены функциональные зависимости потокосцепления обмотки и электромагнитной силы вибратора в зависимости от положения якоря и тока обмотки. Для принятого конструктивного исполнения определена электромагнитная сила, действующая на подвижную часть вибратора. Проведено сравнение электромагнитной силы и силы гидравлического привода равных конструктивных размеров.

Для машин непрерывного литья заготовок предложен электромагнитный перемешиватель в виде синхронного двигателя с полым ротором. Вращающееся магнитное поле в жидком металле возбуждается магнитной системой ротора на постоянных магнитах совместно с токами обмотки статора. Показана необходимость раздельного определения полей системы возбуждения и токов обмотки статора. Для произвольной скорости вращения жидкого металла выведены граничные условия для магнитного потенциала на поверхности заготовки и найдено распределение магнитного поля в полости перемешивателя, создаваемого постоянными магнитами ротора.

Разработан итерационный численно-аналитический метод для расчета распределения скорости вращения жидкого металла в кристаллизаторе с синхронным электромагнитным перемешивателем. Приведены для принятого конструктивного исполнения кристаллизатора результаты иллюстративных расчетов распределения скорости вращения жидкого металла и установлены функциональные зависимости максимальной скорости металла у фронта кристаллизации на выходе из перемешивателя и его мощности от частоты тока питания.

Применительно к электромагнитному перемешивателю жидкого металла в кристаллизаторе машин непрерывного литья заготовок, выполненного в виде синхронного двигателя с полым ротором и системой возбуждения на постоянных магнитах, определено магнитное поле токов статорной обмотки. Выведены граничные условия для магнитного потенциала на поверхности жидкого металла, создаваемого токами статорной обмотки, которые используются для численного решения задачи распределения магнитного потенциала в жидкометаллическом слитке при произвольном распределении его скорости вращения. Разработан численно-аналитический метод определения магнитного поля в конструктивных элементах кристаллизатора, которое возбуждается токами статорной обмотки.

На основании решения уравнений Максвелла и материальных уравнений выведены функциональные зависимости и расчетные формулы для определения распределения векторного магнитного потенциала во всех конструктивных элементах кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, возбуждаемого вращающейся магнитной системой с постоянными магнитами электромагнитного перемешивателя жидкого металла. Решения получены при допущении о бесконечной высоте перемешивателя. Постоянные магниты по распределению внешнего магнитного поля эквивалентны соленоидам, которые расположены на боковых поверхностях магнитов и равны их высоте. Поверхностная плотность тока в соленоиде равна величине намагниченности магнита. Решение получено с использованием дискретного преобразования Фурье, выполненного по азимутальной составляющей поля во вращающейся вместе с магнитами системой координат. По найденным на внешней поверхности корпуса кристаллизатора напряженностям электрического и магнитного полей с использованием плотности потока электромагнитной энергии Умова-Пойнтинга определены мощность потерь в кристаллизаторе и соответственно требуемая мощность привода для вращения магнитной системы с постоянными магнитами, которая и составляет цель работы. Проведенные расчеты при любом распределении скорости вращения жидкого металла показали, что основные потери мощности выделяются в корпусе и гильзе кристаллизатора. На перемешивание жидкого металла и джоулевы потери в нем требуется меньшая на три порядка мощность. Поэтому суммарные потери в кристаллизаторе практически не зависят от скорости вращения жидкого металла, и электромагнитная мощность привода может определяться при допущении, что скорость вращения жидкого металла равна нулю.

Установлены функциональные зависимости и расчетные формулы для определения полной мощности синхронных электромагнитных перемешивателей, включающих синхронный электрический двигатель и вращающуюся магнитную систему постоянных магнитов. Обоснованы требования для обеспечения устойчивого режима работы синхронного перемешивателя и устранения его возможного выпадения из синхронизма. Сформулированы требования к величине тока статора и величине намагниченности постоянных магнитов системы возбуждения, которая используется также для обеспечения в жидком металле магнитной индукции заданной величины. Показано, что при неизменных конструктивных параметрах магнитной системы возбуждения индукцию в жидком металле можно создать большей величины при недовозбужденном режиме работы синхронной машины. Управление режимами работы перемешивателя и величиной магнитной индукции в жидком металле целесообразно осуществлять изменением величины напряжения обмотки статора.

Розроблено тривимірну математичну модель трифазного теплогенератора індукційного типу із загрузкою у вигляді пучка феромагнітних провідних труб з використанням методу вторинних джерел. Враховано симетрію магнітної системи теплогенератора, що надало змогу суттєво скоротити область пошуку невідомих густин вторинних джерел електромагнітного поля.