Тема: ИНДУКЦИОННАЯ ЕДИНИЦА С МГД-ВРАЩАТЕЛЕМ РАСПЛАВА

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

1. Проведен анализ существующих устройств электромагнитных вращателей расплава в индукционных единицах. Выявлено, что преимущество имеет электромагнитный вращатель в виде дополнительных катушек, устройство позволяет регулировать скорость вращения расплава и не требует существенной переделки конструкции индукционной единицы.
2. Вращательное движение расплава в канал увеличивает тепломассообмен между канальной частью и ванной печи, уменьшает зарастание каналов окислами. Применение МГД-вращателя позволяет регулировать направление вращения и его скорость в широком диапозоне.
3. В результате анализа электромагнитных процессов на аналитической модели индукционной единицы получены дифференциальные и интегральные электромагнитные характеристики ИЕ с ЭМВ.
4. Построена численная двухмерная модель ИЕ с МГД-вращателем. Проведены анализы электромагнитных и гидродинамических.
5. Проведено сравнение различных электромагнитных вращателей по эффективности создания вращательного момента. Наиболее эффективными являются седлообразная катушка и дополнительные катушки, расположенные на магнитопроводе.
6. На основе результатов математического моделирования разработана и построена физическая модель индукционной единицы с МГД- вращателем в виде дополнительных катушек, одетых на основную обмотку.
7. Полученные расчетные экспериментальные данные могут быть использованы для разработки и проектирования опытно-промышленной единицы с электромагнитным вращателем.

Купить