ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор литературы по индукционным тигельным печам 7
1.1 Конструкция и принцип работы 7
1.2 Способы изменения циркуляции расплава
и повышения интенсивности течений 9
1.3 Выводы по разделу 20
2 Математическое моделирование физических процессов
в индукционной тигельной печи 21
2.1 Общие замечания 21
2.2 Электромагнитная задача 22
2.3 Гидродинамическая задача 27
2.4 Результаты численного моделирования 31
2.5 Выводы по разделу 35
3 Экспериментальное исследование физических процессов
в индукционной тигельной печи с МГД-вращателем 36
3.1 Описание физической модели и результаты эксперимента 36
3.2 Литейная установка на основе ИТП с МГД-вращателем 38
3.3. Сборка опытно-промышленной литейной
установки с МГД-вращателем расплава 38
3.4 Выводы по разделу 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
Актуальность настоящей работы обусловлена высоким ростом применения алюминиевых сплавов в различных отраслях промышленности. Различные легирующие добавки позволяют добиваться требуемых механических свойств, приготовляемого сплава. Для их приготовления используют различные технологические схемы и оборудование. В большинстве случаев алюминиевые сплавы приготавливают в печах-миксерах и индукционных тигельных печах (ИТП).
Не маловажную роль в приготовлении качественного сплава играет перемешивание всех компонентов сплава. Для перемешивания металла уже давно используются электромагнитные перемешиватели. Такие перемешиватели не имеют прямого контакта с расплавом и это их главное достоинство. Их принцип основан на воздействии электромагнитных сил на металл. Замешивание различных лигатур в твердом и жидком виде в алюминии не простой процесс и требует эффективного перемешивания расплава.
Целью работы является разработка магнитогидродинамического (МГД) вращателя расплава для индукционной тигельной печи.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ способов и устройств повышенной циркуляции расплава в ИТП;
2. Разработать параметрическую математическую модель ИТП с МГД-вращателем;
3. Разработать и создать физическую модель ИТП с МГД-вращателем;
4. Исследовать электромагнитные и гидродинамические процессы в ИПТ с МГД-вращателем
5. Сопоставить полученные результаты теоретических расчетов и экспериментов на физической модели.
6. Полученные результаты использовать при проектировании и изготовлении опытно-промышленной литейной установки.
Объектом исследования является индукционная тигельная печь с МГД- вращателем расплава.
Предмет исследования - тепловые, гидродинамические и электромагнитные процессы, протекающие в расплаве в ИПТ с МГД- вращателем.
Научная новизна исследования состоит в том, что предложена параметрическая математическая модель, позволяющая одновременно проводить анализ тепловых, электромагнитных и гидродинамических процессов, протекающих в ИТП с МГД-вращателем.
Практическая значимость работы заключается в том, что исследование было завершено внедрением опытно-промышленной литейной установки, которая была изготовлена по ТЗ заказчика.
1. По результатам обзора литературы выявлено, что ИТП широко применяются в различных отраслях металлургии для плавки и приготовления сплавов. В индукционных печах присутствует естественная двухконтурная циркуляция расплава.
2. Для увеличения интенсивности течений расплава в тигельных печах используется МГД-вращатель. С его помощью в ИТП возникает одноконтурное движение, что хорошо сказывается на перемешивание сплава. Это позволяет приготавливать легированные алюминиевые сплавы высокого качества. Применение МГД-вращателя позволяет регулировать как направление течений, так и их скорость в широком диапазоне. МГД-вращатель имеет простую конструкцию и высокую надежность.
3. Построена параметрическая математическая 2D модель ИТП с МГД-вращателем. Проведенные на ней эксперименты показали, что, применяя МГД-вращатель, можно в несколько раз увеличить скорость течений расплава в ИТП.
4. Исследование физических процессов на лабораторной установке ИТП с МГД-вращателем подтвердили характер течений расплава в тигле и возможность его управления.
5. На основе всех полученных результатов математического и физического моделирования разработана и изготовлена литейная установка для получения легированных алюминиевых сплавов. Установка передана на завод, где будут проводиться последующие испытания МГД-вращателя.
