ВВЕДЕНИЕ 5
1 Технологии получения высококачественной продукции из алюминий¬
кремниевых сплавов 6
1.1 Сплавы алюминия с кремнием и их применение 6
1.1.1 Механические свойства 6
1.1.2 Литейные свойства 7
1.1.3 Промышленное применение 8
1.2 Технологические проблемы получения алюминий-кремниевых слитков ..10
1.3 Обзор способов непрерывного литья алюминий-кремниевых сплавов ..12
1.3.1 Непрерывное литьё алюминий-кремниевых сплавов 13
1.3.2 Полунепрерывное литьё алюминий-кремниевых сплавов 17
1.3.3 Гранульная технология 21
1.3.4 Сравнительный анализ способов получения слитков 24
1.4 Электромагнитные кристаллизаторы 24
1.4.1 Принцип работы и конструкция ЭМК 25
1.4.2 Основные закономерности формирования слитка при литье в ЭМК ..29
1.4.3 Выбор технологических параметров литья в ЭМК 32
1.4.4 Направления совершенствования конструкции 33
2 Математическое моделирование электромагнитных процессов
кристаллизующегося в магнитном поле слитка 35
2.1 Описание объекта исследования 35
2.2 Постановка задачи математического моделирования 36
2.3 Математическая модель электромагнитных процессов в системе
«индуктор-слиток» 38
2.4 Анализ результатов математического моделирования 42
2.4.1 Интегральные и дифференциальные электромагнитные параметры
системы «индуктор-слиток» 42
2.4.2 Энергетические характеристики системы «индуктор-слиток» 45
2.4.3 Силовые характеристики системы «индуктор-слиток» 47
3 Экспериментальная электротехнологическая установка с электромагнитным кристаллизатором для получения непрерывнолитых слитков 56
3.1 Общее описание установки 56
3.2 Технологические параметры процесса получения слитков из сплава АК18 ..64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
В условиях промышленности, предъявляющей всё более высокие требования к качеству металлургической продукции, поиск и внедрение современных литейных технологий является одной из наиболее приоритетных задач. К числу эффективных решений относятся технологии и оборудование, предусматривающие производственное использование различных электрофизических факторов.
Свойства алюминиевых полуфабрикатов во многом определяются условиями кристаллизации отливаемых слитков. Наиболее ярко эта зависимость прослеживается в высоколегированных сплавах, содержащих тугоплавкие, малорастворимые компоненты. Актуальной технологией, способной обеспечить высокие скорости охлаждения и электромагнитное перемешивание отливаемого слитка, является электромагнитный кристаллизатор.
Способ литья в электромагнитное поле обладает высоким потенциалом в области получения больших объёмов сплавов ввиду увеличения производительности процесса литья, улучшения условий труда и качества выпускаемой продукции. Максимальная эффективность процесса достигается применением модернизированных конструкций и использованием оптимальных параметров источника питания.
В данной работе рассмотрены основные физические свойства алюминий-кремниевых сплавов и их промышленное применение. Проведён литературный и патентный обзор современных технологий и оборудования непрерывного литья. Также детально рассмотрены принцип действия и конструкция электромагнитных кристаллизаторов. Построена математическая модель системы «индуктор-слиток» для анализа протекания электромагнитных процессов. Рассмотрена экспериментальная электротехнологическая установка с электромагнитным кристаллизатором и её технологические параметры процесса получения слитков.
В данной работе поставлена и решена актуальная научно-техническая проблема в области электротехнологии, заключающаяся в математическом моделировании электромагнитных процессов в системе «индуктор-слиток».
Исходя из проведённых исследований, получены следующие выводы и результаты:
1. Обозначены основные технологические проблемы получения высоколегированных слитков из алюминия, такие как химическая неоднородность слитка, низкие механические свойства и механические дефекты.
2. Проведён обзор существующих технологических схем получения слитков из высоколегированных алюминий-кремниевых сплавов, из которого следует, что наиболее производительным способом отливки является метод полунепрерывного литья.
3. Обоснованы преимущества внедрения электромагнитного кристаллизатора в литейный комплекс, которые заключаются в повышении скорости охлаждения, улучшении структуры и свойств слитка, а также повышении технологических свойств металли при деформации слитка.
4. Построена математическая модель системы «индуктор-слиток» для расчёта и анализа электромагнитных процессов. В результате моделирования были рассчитаны интегральные и дифференциальные параметры системы.
5. Проведён анализ результатов математического моделирования, основываясь на котором построены графики КПД, активной мощности и других параметров в зависимости от конструкции системы.
6. На основе результатов математического моделирования было проведено экспериментальное исследование литья алюминиевых слитков. Допустимые расхождения результатов теоретического и экспериментального исследований показывают адекватность построенных моделей.
1. Aluminum-Silicon Alloys [корпоративный сайт]. URL: http://www.totalmateria.com(дата обращения: 15.01.2016).
2. Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов: Справочное издание. - М.: «МИСИС*, 2007. - 283 с.
3. Арзамасов Б.Н. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н.Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов и др.; Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.
4. Кудряшов В.Г., Смоленцев В.И. Вязкость разрушения алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1976. - 293 с.
5. Алюминий. Свойства и физическое металловедение: Справ. изд./Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др. - М.: Металлургия, 1984. - 582 с.
6. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. - М.: «МИСИС*, 2005. - 271 с.
7. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справ. руководство / Под ред. В.И. Добаткина. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с.
8. Силумины. Атлас микроструктур и фактограмм промышленных сплавов: Справ. изд./ Пригунова А.Г., Белов Н.А., Таран Ю.Н. и др. - М.: *МИСИС*, 1996. - 175 с.
9. Аникина, В. И. Структура и свойства алюминиево-магниевых сплавов : монография / В. И. Аникина, Т. Р. Гильманшина, В. Н. Баранов. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2012. - 112 с.
10. МГД технологии в металлургии. Интенсивный курс Специализация
IV. Бааке Э., Барглик Д., Лупи С. [и др.]. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 250 с.
11. Специальные способы литья: Справочник / В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В.Н. Бабич и др.; под общ. ред. В.А. Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991. - 436 с.
12. Комплекс современного оборудования для производства алюминиевых слитков / Ф. Нидермайер // Цветные металлы. - 2008. - № 1. - С. 79-86 .
13. Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. Основы производства [Электронный ресурс] / Г. С. Макаров. - Электрон. текстовые дан. (130,50 Кб.). - Москва : Интермет Инжиниринг, 2011. - 528 с.
14. Blum S. // Aluminium Times. 2004. April/May. P. 26-27.
15. Kraly A., Hartlieb E., Jansen O. et al. // Aluminium World. 2003. V. 3. № 1. P. 69-72.
16. Б. С. Чуркин [и др.] ; под ред. Б. С. Чуркина ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Екатеринбург : РГППУ, 2010. - 730 с.
17. Wagstaff [корпоративный сайт]. URL: http://www.wagstaff.com(дата обращения: 15.01.2016).
18. Customized solutions for the global aluminum industry // Newscast. Spokane: Wagstaff, 2008, iss. 60. P.1.
19. Применение алюминиевых сплавов: Справ. изд. / Альтман М.Б., Арбузов Ю.П. и др. - М.: Металлургия, 1985 - 344 с.
20. ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные. - М.: Изд-во стандартов, 1993.
21. Литейное производство [корпоративный сайт]. URL: http://www.alp- tula.ru/(дата обращения: 23.04.2016).
22. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. изд: / Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др. - М.: Металлургия, 1984. - 528 с.
23. Избранные труды В.И. Добаткина / под ред. Н.Ф. Аношкина, В.И. Елагина, М.З. Ерманок, Т.М. Швецова. - М.: Цветметинформация, 1971. - 126 с.
24. Современные электротехнологии для производства высококачественных алюминиевых сплавов: монография / М.В. Первухин, В.Н. Тимофеев. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. - 155 с.
25. Бондарев, Б. И. Технология производства быстрозакристаллизованных алюминиевых сплавов / Б. И. Бондарев, Ю. В. Шмаков. - М. : ВИЛС, 1997. - 23 с.
26. Добаткин, В. И. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы / В. И. Добаткин, В. И. Елагин, В. М. Федоров. - М. : ВИЛС,1995. - 341 с.
27. Елагин, В. И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами / В. И. Елагин. - М. : Металлургия, 1975. - 248 с.
28. Добаткин, В. И. Гранулируемые алюминиевые сплавы / В. И. Добаткин, В. И. Елагин. - М. : Металлургия, 1981. - 175 с
29. Баландин, Г. Ф. Теория формирования отливки: Основы тепловой теории. Затвердевание и охлаждение отливки : учебник для вузов / Г. Ф. Баландин. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. - 360 с. : ил.
30. Баландин, Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливок / Г. Ф. Баландин. - М. : Машиностроение, 1973. - 287 с.
31. Борисов, В. Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка / В. Т. Борисов. - М. : Металлургия, 1987. - С. 222.
32. Добаткин, В. И. О метастабильных диаграммах состояния металлических систем / В. И. Добаткин, Ю. Г. Гольдер, В. В. Белоцерковцев // Металлургия и металловедение цветных сплавов. - М. : Наука, 1982 . - С. 53-60.
33. Специальные способы литья : справ. / В. А. Ефимов [и др.]. - М. : Машиностроение, 1991. - 436 с. : ил.
34. Blackburn J.M. // Труды 1-й международной конференции «Литьё алюминия». Москва, 27-30 марта 2007: АЛЮСИЛ МВиТ, 2007: [Электронный ресурс].
35. Пат. 2187407 Российская Федерация, B22D11/00. Вертикальная тросовая машина полунепрерывного литья / Фурман М.Г.; Бабаев Н.А.; Попов В.С.; Трошенков С.А.; Макарова В.А.; заявитель и патентообладатель ОАО "Белокалитвинское металлургическое производственное объединение"№ 2000113022/02; заявл. 24.05.00; опубл. 20.08.02.
36. Голиков, И. Н. Дендритная ликвация в сталях и сплавах / И. Н. Голиков, С. Б. Масленков. - М. : Металлургия, 1977. - 223 с.
37. Колесниченко, А. Ф. Технологические МГД-устройства и процессы / А. Ф. Колесниченко. - Киев : Наукова думка, 1980. - 192 с.
38. Гориславец, Ю. М. Расчет магнитного давления в индукционных МГД-грануляторах тигельного типа / Ю. М. Гориславец, Н. Х. Эркенов // Техническая электродинамика. - 1988. - № 3. - С. 9-15.
39. Гориславец, Ю. М. Магнитное давление в жидком металле индукционных МГД-грануляторов канального типа / Ю. М. Гориславец, Н. Х. Эркенов // Техническая электродинамика. - 1988. - № 6. - С. 21-27.
40. Колесниченко, А. Ф. Капиллярные МГД-течения со свободными границами / А. Ф. Колесниченко, И. В. Казачков, В. О. Водянюк, Н. В. Лысак. - Киев : Наукова думка, 1988. - 176 с.
41. Гецелев, З. Н. Удерживание замкнутой конфигурации жидкости электромагнитным полем / З. Н. Гецелев, Г. И. Мартынов // Магнитная гидродинамика. - 1979. - № 1. - С. 97-104.
42. Непрерывное литьё в электромагнитный кристаллизатор / Гецелев
З.Н., Балахонцев Г.А., Квасов Ф.И. и др. М.: Металлургия, 1983, 152 с.
43. Паршин, А. М. Источники питания электротехнологических установок: учеб. пособие / А. М. Паршин, М. В. Первухин, В. Н. Тимофеев. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2015. - 108 с.