ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор публикаций и патентов по теме исследования 8
1.1 Способы и устройства электромагнитных вращателей 8
1.2 Принцип получения вращающего магнитного поля 15
1.3 Методы математического анализа процессов в ИЕ 18
1.4 Выводы по разделу 18
2 Математическое моделирование физических процессов в ИЕ 19
2.1 Общие сведения 19
2.2 Аналитический расчет электромагнитного поля в области «индуктор-
продольный канал» 19
2.3 Численный анализ магнитогидродинамических полей в индукционной
единицы с электромагнитным вращателем 30
2.4 Вывод по разделу 45
3 Экспериментальное исследование физических процессов в ИКП 46
3.1 Общие замечания 46
3.2 Описание физической модели 46
3.3 Экспериментальное исследование на физической модели 55
3.4 Выводы по разделу 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61

Купить

В России развита отрасль энергетики, металлургии, химии. Эти отрасли довольно энергоёмкие. Энергетическая система Западной и Восточной Сибири, включающая тепловые станции и гидроэлектростанции, способствует их развитию. Цветная и черная металлургия обеспечивает развитие машиностроения. У машиностроения высокие требования к металлам и их сплавам, главными проблемами качества которых, являются укрупненная кристаллическая структура, неоднородность химического состава, наличие примесей.
Одним из направлений улучшения металлургических технологий является более эффективное управление технологическим процессом на основе воздействия электромагнитного поля и токов на вещество, что позволяет изменять его агрегатное состояние, физические и химические свойства.
Основными показателями, характеризующими эффективность работы основного плавильного оборудования, являются: производительность агрегата; расход топлива или электроэнергии; качество получаемого сплава; величина безвозвратных потерь металла; возможность применения средств механизации и автоматизации трудоёмких процессов; экономичность оборудования.
Электрические индукционные канальные печи (ИКП) наиболее полно отвечают этим показателям. Однако из-за своих технических особенностей в черной металлургии ИКП не нашли широкого применения. В основном данные печи используются для приготовления сплавов цветных металлов.
Узлом, в котором происходит преобразование электрической энергии в тепловую является индукционная единица (ИЕ). По принципу действия ИЕ аналогична трансформатору, вторичной обмоткой которого является канальная часть, заполненная жидким металлом. При подключении первичной обмотки ИЕ к сети переменного напряжения, в канальной части индуцируется электрический ток, обеспечивающий выделение тепловой энергии. За счёт циркуляции металла происходит тепломассообмен между канальной частью и ванной печи.
Существует много различных модификаций ИКП. Печи типа БК-16 используются на Белокалитвинском металлургическом заводе. Печи типа ИАК -16 для ОАО «Красноярский металлургический завод были разработаны в ОАО «ВНИИЭТО». В процессе эксплуатации данных печей был выявлен ряд недостатков, а именно: зарастание каналов окислами, трудоемкость и длительность ремонта. Накопленный опыт эксплуатации позволил специалистам ОАО «КраМЗ» г. Красноярска, ОАО «Сибэлектротерм» г. Новосибирска, ОАО «ВНИИЭТО» г. Москвы и ОАО «БКМЗ» г. Белая Калитва создать принципиально новые индукционные единицы, на базе которых разработаны крупнотоннажные ИКП типа ИАК-25/2,1; ИАК-40/3,5; ИАК- 100/4,5.
В разработке и создании ИКП принимали участие учёные и специалисты: М. Я. Столов, А. В. Арефьев, В. А. Альбицкий, М. Я. Левина, А. А. Простяков - ОАО «ВНИИЭТО»; М. Я. Коротков, Б. И. Бондарев - ОАО «ВИЛС»; Н. А. Сорокин, Л. Ю. Нифонтова - ОАО «БКМЗ» г. Белая Калитва, М. Б. Оводенко, А. Н. Кузнецов, В. А. Золотухин, 3. 3. Юхнович, А. А. Темеров- ОАО «КраМЗ», В. Н. Тимофеев - Красноярский государственный технический университет (КГТУ) г. Красноярска; А. Ф.Колесниченко, Ю. М. Гориславец - Институт электродинамики (ИЭД) г. Киева и другие специалисты.
Для чистки каналов от окислов применяется механический способ путем сверления каналов, который влечет за собой простои оборудования и сокращения срока службы футеровки каналов. Для уменьшения зарастания каналов окислами целесообразно создать вращательное движение металла в канале посредством электромагнитных сил, которые обеспечиваются наложением электромагнитного поля дополнительных катушек и обмотки индуктора. Данное устройство получила название электромагнитных вращателей (ЭМВ). Вращательное движение создает множество других положительных эффектов, таких как улучшение рафинирования, создание коагуляции, а так же приводит к возникновению поступательного движения расплава, которое улучшает тепломассообмен между ванной печи и канальной частью.
В связи с этим является актуальным: разработка индукционной единицы с электромагнитным вращателем, создание математических и физических моделей, экспериментальное исследование в них сложных физических процессов.
Целью диссертационной работы является разработка и создание физической модели индукционной единицы с электромагнитными вращателями.
Для достижения цели требуется решить следующие задачи:
1. Рассмотреть различные индукционные канальные печи с МГД вращателями.
2. Изучить методы математического и экспериментального анализа физических процессов в ИКП.
3. Построить аналитическую и численную математические модели физических процессов в ИКП.
4. Разработать и создать физическую модель для экспериментального исследования электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов в индукционной единице ИКП.
5. Сравнить экспериментальные и расчетные данные, оценить достоверность теоретических данных.
Купить