Індекс рубрикатора НБУВ: К305-5

Рубрики:

Розливання металу і шлаку у металургії

Шифр НБУВ: Ж69973 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено математичну (коло-польову) модель для дослідження електромагнітного поля індукційної канальної печі. Здійснено моделювання печі для плавлення алюмінію. Зіставлено розраховану густину струму в каналах, а також електромагнітні параметри печі з експериментальними даними, одержаними на фізичній моделі та промисловій печі.

Індекс рубрикатора НБУВ: З261.63-01

Рубрики:

Асинхронні (індукційні) машини

Шифр НБУВ: Ж69973 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На фізичній моделі індукційної канальної печі досліджено структуру обертального руху рідкого металу в циліндричних каналах. Одержано розподіл швидкості обертання металу по радіусу та довжині каналу печі. Експериментальним шляхом показано можливість інтенсифікації тeпломасообміну в індукційній печі з обертальним рухом металу за рахунок підсилення вихрового руху рідкого металу в поздовжніх перетинах циліндричних каналів та виникнення транзитної течії в канальній частині печі.

Наведено основні результати досліджень відділу протягом 2009 року в сфері електромагнітної обробки металів у розплавленому стані, спрямованих на розробку і створення нових ефективних електромагнітних систем для перемішування та рафінування металевих розплавів.

На основі розробленої математичної моделі індукційної канальної печі з обертальним рухом рідкого металу виконано аналіз силових параметрів печі, в якості яких розглядалися електромагнітні сили і обертальний момент, що виникають в металі, параметри руху розплаву, а також сили, що діють на неметалеві домішки в каналі печі.

Наведено результати досліджень електромагнітних систем для створення обертального руху рідкого металу в електротехнологічних установках, одержані під час виконання науково-дослідної роботи "Аспект". Принцип дії зазначених систем заснований на використанні власного магнітного поля або електричного струму, які функціонально присутні в таких установках. Розглянуто два підходи до створення обертального руху металу: за рахунок обертового магнітного поля і на основі взаємодії перехресних електричного і магнітного полів. Перший підхід реалізовано в індукційних канальних печах, другий - в електродугових установках. Описано математичні моделі для дослідження фізичних процесів в таких системах. Наведено результати комп'ютерного моделювання електромагнітних сил і течій рідкого металу в каналі індукційної печі і у ванні вакуумно-дугової печі. Визначено електромагнітні, гідродинамічні і електродинамічні параметри цих систем, зокрема, питомий електромагнітний момент і усереднена кутова швидкість рідкого металу. Крім того, для індукційної канальної печі з обертальним рухом металу проведено аналіз сил, що діють на неметалеві включення (частинки), які знаходяться в розплаві, а для установки рафінування розплаву досліджено поведінку бульбашок рафінуючого газу в обертальному потоці рідкого металу, що підлягає очищенню.

Описано будову і принцип дії установки електромагнітного дозування свинцевих сплавів, яка призначена для виробництва металевих гранул (дробу). Установка включає в себе індукційну канальну піч, рідкометалевий насос, електромагнітний дозатор і водяний кристалізатор. Електромагнітний дозатор реалізує вимушений капілярний розпад (подрібнення) циліндричних струменів рідкого металу в діапазоні 100 - 400 Гц. Наведено результати експериментальних досліджень, одержаних на установці у вигляді залежностей, що зв'язують діаметр металевих частинок, висоту металу над фільєрою, частоту вимушеного розпаду і коефіцієнт швидкості рідкого металу з діаметром фільєри, що формує струмінь розплаву.

Наведено результати дослідження капілярного розпаду циліндричного струменя рідкого металу під дією періодичних електромагнітних сил. Наявність таких сил у металі над витоком струменя призводить до регулярного його розпаду (подрібнення) з утворенням рівних за розміром частинок. Описано особливості формування одержаних таким чином частинок у звичайній та нейтральній атмосфері. Наведено залежності оптимальної частоти розпаду, яка забезпечує одержання максимально можливих за розміром монодисперсних частинок, від висоти металу над витоком струменя для різних діаметрів насадка, що формує цей струмінь.

Наведено основні результати досліджень відділу стабілізації параметрів електромагнітної енергії протягом 2012 р. в галузі електромагнітної обробки рідких металів, спрямованих на розроблення і створення нових ефективних електромагнітних систем для перемішування та дозування металевих розплавів.

Наведено переваги використання в теорії електромагнітного поля векторного магнітного та скалярного електричного потенціалів як фізичних величин. Розглянуто особливості числового моделювання електромагнітних процесів в електротехнологічних системах (установках), принцип дії яких грунтується на електромагнітному перетворенні енергії. На основі тривимірного комп'ютерного моделювання визначено електромагнітні параметри системи "індукційна канальна піч - рідкометалевий насос" магнітогідродинамічної установки для виробництва металевих гранул та проведено співставлення одержаних результатів з експериментальними даними. Виконано розрахунковий аналіз залежностей струмів, електромагнітного тиску та активних потужностей від кута зсуву фаз між напругами, що живлять індуктор печі та електромагніт насоса цієї установки.

Проведено комп'ютерне 3D моделювання електромагнітних і гідродинамічних процесів для електромагнітних перемішувачів рідкого металу з дво- та тристрижневим магнітними осердями, здатних створювати в ванні печі дво- та одноконтурну вихрові течії за рахунок дії пульсуючого або біжучого магнітних полів (МП) за їх відповідно одно- та багатофазного живлення. Моделювання електромагнітного поля для обох систем проведено як за заданих струмів, так і за заданих напруг на котушках перемішувачів. Оцінку ефективності перемішувачів здійснено за допомогою усередненої за об'ємом ванни печі швидкості рідкого металу, а також розмірного критерію у вигляді відношення цієї швидкості до кореня квадратного з повної потужності перемішувача. Показано, що обидва перемішувачі є більш ефективними в режимі біжучого МП з дещо вищими показниками у тристрижневого перемішувача. В режимі пульсуючого МП, навпаки, більш ефективним виявився перемішувач з двострижневим осердям. Для реалізації почергової зміни структури течій у ванні печі з метою більш якісного перемішування металу рекомендовано періодично міняти між собою одно- та багатофазне живлення котушок перемішувача. В останньому випадку зсув фаз між напругами сусідніх котушок має становити 120 ел. град.

Для діючої установки для виробництва металевих гранул з метою зменшення дисперсії гранул розроблено та досліджено систему стабілізації рівня рідкого металу над насадком електромагнітного дозатора. Стабілізацію запропоновано здійснювати шляхом підтримання у процесі роботи незмінною витрати рідкометалевого насоса магнітодинамічного типу, що входить до складу установки. Експериментально досліджено можливості керування витратою насоса за рахунок зміни модуля та фазового кута струму котушки електромагніту насоса. Виходячи з встановлених переваг фазового керування, розроблено напівпровідниковий фазорегулятор для живлення електромагніта насоса, а також розроблено систему автоматичного керування насосом з електромагнітним давачем швидкості рідкого металу. Працездатність системи та можливість стабілізації рівня металу за рахунок підтримання незмінною витрати рідкометалевого насоса підтверджено експериментально.

Індекс рубрикатора НБУВ: К303-1

Рубрики:

Плавка металів

Шифр НБУВ: Ж14164 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Виконано мультифізичне 3D моделювання електромагнітних, гідродинамічних і теплових процесів у відбивній печі для алюмінію з комбінованим електромагнітним перемішувачем рідкого металу, який в залежності від роду живлення (три- чи однофазного) відповідно створює біжуче або пульсуюче магнітні поля. Досліджено чотири режими роботи такого перемішувача, за якими перемішування металу у ванні печі здійснюється під дією окремо біжучого і окремо пульсуючого магнітного поля, в режимі почергової дії цих полів, а також за реверсного чергування у часі біжучого магнітного поля. Моделювалася ситуація, за якої рідкий метал у печі нагрівався зверху без перемішування протягом певного часу, а потім одночасно вимикався нагрів і вмикався перемішувач, що сприяло вирівнюванню температури металу у ванні печі. Встановлено, що використання режимів перемішування з перемиканням магнітних полів дозволяє суттєво підвищити ефективність перемішування розплаву металу у ванні печі.

Наведено результати моделювання електромагнітних і гідродинамічних процесів у системі "індуктор - рідкий метал" для універсального перемішувача рідкого металу з лінійним індуктором, який за рахунок почергового живлення одно- і багатофазним струмами спроможний створювати відповідно пульсуюче і біжуче магнітні поля. Визначено вплив основних параметрів такого перемішувача, якими є зазор між індуктором і рідким металом, число стрижнів (полюсів) та полюсне ділення індуктора, на ефективність електромагнітного перемішування рідкого металу у ванні плавильної печі. Показано, що у випадку однофазного живлення у ванні виникає двоконтурна вихрова течія рідкого металу, а при багатофазному живленні залежно від полюсного ділення та зазору може формуватися як дво-, так і одноконтурна течії. Надано рекомендації по конструктивному виконанню універсального перемішувача, який почергово створює одно- та двоконтурну течії, що дає змогу ефективно перемішувати рідкий метал у всьому об'ємі ванни печі.

Наведено результати чисельного моделювання електромагнітних і гідродинамічних процесів в електромагнітних системах перемішування рідкого металу з універсальними індукторами, які залежно від одно- чи багатофазного живлення створюють у ванні печі відповідно двоконтурну або одноконтурну вихрові течії рідкого металу. Чергування у часі зазначених режимів живлення дозволяє більш ефективно перемішувати рідкий метал за рахунок почергової зміни структури вихрової течії. Досліджувалися універсальні індуктори з двома і трьома стрижнями при живленні їх струмами різної частоти. Ефективність перемішування оцінювалася за допомогою середньої в об'ємі ванни печі швидкості рідкого металу. Показано, що в режимі багатофазного (дво- та трифазного) живлення, при якому створюється біжуче магнітне поле, максимальна ефективність перемішування досягається при низьких частотах (2 - 3 Гц), а при однофазному, коли виникає тільки пульсуюче поле, - при більш високих частотах (20 - 50 Гц). Установлено, що при однофазному живленні тристрижневого індуктора зменшення частоти струму призводить до реверсу основної течії рідкого металу, чого не відбувається у випадку двострижневого індуктора. Наведено рекомендації щодо вибору оптимальних (раціональних) частот живлення універсальних перемішувачів.

За допомогою чисельного моделювання електромагнітних процесів у системі "універсальний індуктор - рідкий метал" визначено вплив конструктивних елементів відбивної печі для алюмінію на ефективність універсального електромагнітного перемішувача рідкого металу, що почергово створює біжуче і пульсуюче магнітні поля. На прикладі універсального тристрижневого індуктора, прилаштованого до бокової стінки печі, досліджувався вплив на нього феромагнітного кожуха печі та металевої немагнітної ніші перемішувача. Оцінка впливу цих елементів здійснювалася шляхом визначення та співставлення інтегральних електромагнітних сил і потужності тепловиділення в рідкому металі. В результаті проведеного тривимірного моделювання встановлено, що вплив феромагнітного кожуха печі є незначним (не перевищує 10 %) і ним можна знехтувати. За наявності між індуктором та рідким металом металевої ніші ефективність перемішування може зменшуватися на 15 %. При цьому спостерігаються значні електричні втрати в ній, які можуть перевищувати тепловиділення в рідкому металі. Показано, що такі втрати, а також вплив ніші на ефективність перемішування можна суттєво зменшити за допомогою секціонування (виконання розрізів) металевої ніші, а також за рахунок зменшення частоти струму живлення універсального перемішувача.

Запропоновано математичну модель для чисельного дослідження електромагнітних, теплових і механічних процесів при індукційному нагріванні посаджених з натягом металевих деталей. Електромагнітний процес у моделі описано диференціальними рівняннями відносно комплексного векторного магнітного потенціалу при заданій напрузі, що дає змогу безпосередньо узгоджувати індукційну систему з джерелом живлення. Теплову задачу сформульовано у вигляді нестаціонарного рівняння теплопровідності з внутрішніми джерелами тепла від вихрових струмів, наведених у матеріалі деталей. Внутрішньо механічний процес представлено диференціальним рівнянням механічної рівноваги, розв'язання якого дає можливість визначити термомеханічні напруження і деформації при нагріванні. На прикладі демонтажу алюмінієвих дисків зі стальної ступиці опорного котка гусеничного транспортного засобу досліджено термомеханічний процес при нагріванні деталей за допомогою запропонованої електромагнітної системи, що складається із двох котушок та спільного магнітопроводу.

Індекс рубрикатора НБУВ: К345.103

Шифр НБУВ: Ж14164 Пошук видання у каталогах НБУВ