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.
