Помощь студентам в учебе
МГД-дегазатор алюминиевых сплавов
|
Введение 2
1 Современное состояние технологий, устройств и методов математического моделирования процессов рафинирования алюминиевых сплавов 4
1.1 Общие замечания 4
1.1 Обзор публикаций по технологиям и устройствам дегазаторов алюминиевых сплавов 5
1.3 Обзор публикаций по математическому моделированию 16
1.4 Выводы по разделу 16
2 Математическое моделирование физических процессов в МГД-дозаторе 17
2.1 Постановка задачи и расчетная модель 17
2.2 Решение дифференциальных уравнений 19
2.3 Анализ результатов электромагнитного процессов 26
2.4 Анализ результатов расчета электромагнитных процессов 29
2.5 Выводы по разделу 32
3 Экспериментальные исследования на физической модели 33
3.1 Описание физической модели 33
3.2 Экспериментальная установка и схема подключения обмоток к
источника питания 38
3.3 Результаты эксперимента 39
3.4 Рекомендация к проектированию установки рафинирования в
индукционной единицы 42
3.5 Выводы по разделу 44
Заключение 45
Список использованных источников
1 Современное состояние технологий, устройств и методов математического моделирования процессов рафинирования алюминиевых сплавов 4
1.1 Общие замечания 4
1.1 Обзор публикаций по технологиям и устройствам дегазаторов алюминиевых сплавов 5
1.3 Обзор публикаций по математическому моделированию 16
1.4 Выводы по разделу 16
2 Математическое моделирование физических процессов в МГД-дозаторе 17
2.1 Постановка задачи и расчетная модель 17
2.2 Решение дифференциальных уравнений 19
2.3 Анализ результатов электромагнитного процессов 26
2.4 Анализ результатов расчета электромагнитных процессов 29
2.5 Выводы по разделу 32
3 Экспериментальные исследования на физической модели 33
3.1 Описание физической модели 33
3.2 Экспериментальная установка и схема подключения обмоток к
источника питания 38
3.3 Результаты эксперимента 39
3.4 Рекомендация к проектированию установки рафинирования в
индукционной единицы 42
3.5 Выводы по разделу 44
Заключение 45
Список использованных источников
Первичный алюминий, производится на электролизных заводах. Производство первичного алюминия очень энергоемкий процесс. Электролизные заводы строятся в местах с богатыми энергетическими ресурсами поскольку Восточная Сибирь обладает мощной энергетической базой, включающей гидроэлектростанции реки Енисея и ее притоков, тепловые станции Канско - Ачинского угольного бассейна. Дешевая электроэнергия способствовала созданию в этом регионе мощного производства, как первичного алюминия, так и сплавов на его основе. В алюминиевых сплавах могут присутствовать почти все металлы периодической системы элементов, одни в качестве легирующих элементов, другие в качестве нежелательных примесей. Поэтому плавильно-литейное производство алюминиевых сплавов должно предусматривать такие операции, как плавление твердого алюминия или алюминиевого лома, добавление легирующих элементов и перемешивание расплава с целью выравнивания химического состава и его температуры во всем объеме ванны, очистка расплава от неметаллических включений (фильтрация), очистка от ненужных примесей (рафинирование), удаление газов из расплава (дегазация), получение из расплава слитков в твердом состоянии (кристаллизация), транспортировка расплава от одного технологического оборудования к другому.
На всех этапах плавильно - литейного производства возможно использование магнито - гидродинамических (МГД) технологий, основанных на взаимодействии жидких металлов с электромагнитном полем.
Технологическая операция рафинирования расплава играет важную роль в получении качественных сплавов. Известны технологии печного и внепечного рафинирования. На современных заводах более распространено внепечное рафинирование.
В алюминиевых сплавах неметаллические включения практически полностью экзогенные (включения, попавшие в расплав извне).
Содержание нерастворенных включений в расплаве обычно сравнительно невелико (по массе < 0,01-0,03 %), однако вследствие небольших размеров включений их число в единице объема металла весьма значительное и доходит доГ105 частиц в 1 см3 металла.
Очистка металлических расплавов от растворенных газов, ухудшающих качество сплава, в частности водорода и азота, называется дегазацией. Удаление из расплавов кислорода называется раскислением. В металлургии этот процесс широко применяется и занимает особое место, в частности при выплавке металлов и сплавов, и обычно рассматривается отдельно.
Дегазация расплавов может быть осуществлена различными способами, основанными на общих закономерностях взаимодействия жидких металлов с газами.
Дегазация металлических расплавов часто осуществляется путем продувки расплавов инертными или активными газами, а также обработкой расплавов летучими соединениями (главным образом, хлоридами). [2]
Перспективной и работоспособной установкой внепечного рафинирования может быть установка, созданная на основе индукционной единицы (ИЕ) канальной печи. [3]
Преимуществом использования индукционной единицы в качестве рафинирующей установки является возможность тщательного перемешивания обрабатываемого расплава с активными газами и управление температурным режимом.
В связи с этим разработка и исследования МГД - дегазатора на базе индукционной единицы являются актуальным.
Целью работы является разработка и исследование МГД-дегазатора алюминиевых расплавов на основе индукционной единицы с электромагнитным вращателем.
Для достижение указанной цели необходимы задачи:
1) Определить современное состояние технологий, устройств и методов математического моделирования процессов рафинирования.
2) Рассмотреть физико-химические основы рафинирования алюминиевых сплавов.
3) Изучить возможность использования индукционной единицы для создания установки рафинирования.
4) Привести анализ электромагнитных процессов в индукционной единице.
5) Выдать рекомендации по проектированию опытного промышленного образца.
На кафедре «Электротехнология и электротехника» накоплен большой опыт по созданию электромагнитных вращателей расплава в канальной части индукционной единицы канальной печи. На основе имеющегося опыта, в данной работе предложена технология и конструкция установки рафинирования и дегазации алюминиевых расплавов в индукционной единице с электромагнитным вращателем расплава в каналах, путем продувки инертными и активными газами (аргон, хлор). [4,5,6]
В диссертации проведен обзор публикаций и патентов по данной теме, выполнено математическое моделирование электромагнитных процессов. Выданы рекомендации для проектирования опытно-промышленного образца установки рафинирования алюминиевых расплавов.
На всех этапах плавильно - литейного производства возможно использование магнито - гидродинамических (МГД) технологий, основанных на взаимодействии жидких металлов с электромагнитном полем.
Технологическая операция рафинирования расплава играет важную роль в получении качественных сплавов. Известны технологии печного и внепечного рафинирования. На современных заводах более распространено внепечное рафинирование.
В алюминиевых сплавах неметаллические включения практически полностью экзогенные (включения, попавшие в расплав извне).
Содержание нерастворенных включений в расплаве обычно сравнительно невелико (по массе < 0,01-0,03 %), однако вследствие небольших размеров включений их число в единице объема металла весьма значительное и доходит доГ105 частиц в 1 см3 металла.
Очистка металлических расплавов от растворенных газов, ухудшающих качество сплава, в частности водорода и азота, называется дегазацией. Удаление из расплавов кислорода называется раскислением. В металлургии этот процесс широко применяется и занимает особое место, в частности при выплавке металлов и сплавов, и обычно рассматривается отдельно.
Дегазация расплавов может быть осуществлена различными способами, основанными на общих закономерностях взаимодействия жидких металлов с газами.
Дегазация металлических расплавов часто осуществляется путем продувки расплавов инертными или активными газами, а также обработкой расплавов летучими соединениями (главным образом, хлоридами). [2]
Перспективной и работоспособной установкой внепечного рафинирования может быть установка, созданная на основе индукционной единицы (ИЕ) канальной печи. [3]
Преимуществом использования индукционной единицы в качестве рафинирующей установки является возможность тщательного перемешивания обрабатываемого расплава с активными газами и управление температурным режимом.
В связи с этим разработка и исследования МГД - дегазатора на базе индукционной единицы являются актуальным.
Целью работы является разработка и исследование МГД-дегазатора алюминиевых расплавов на основе индукционной единицы с электромагнитным вращателем.
Для достижение указанной цели необходимы задачи:
1) Определить современное состояние технологий, устройств и методов математического моделирования процессов рафинирования.
2) Рассмотреть физико-химические основы рафинирования алюминиевых сплавов.
3) Изучить возможность использования индукционной единицы для создания установки рафинирования.
4) Привести анализ электромагнитных процессов в индукционной единице.
5) Выдать рекомендации по проектированию опытного промышленного образца.
На кафедре «Электротехнология и электротехника» накоплен большой опыт по созданию электромагнитных вращателей расплава в канальной части индукционной единицы канальной печи. На основе имеющегося опыта, в данной работе предложена технология и конструкция установки рафинирования и дегазации алюминиевых расплавов в индукционной единице с электромагнитным вращателем расплава в каналах, путем продувки инертными и активными газами (аргон, хлор). [4,5,6]
В диссертации проведен обзор публикаций и патентов по данной теме, выполнено математическое моделирование электромагнитных процессов. Выданы рекомендации для проектирования опытно-промышленного образца установки рафинирования алюминиевых расплавов.
1) Проведен обзор публикаций и патентов на тему МГД-дегазаторы.
2) Сделан эскиз индукционной единицы с круглым магнитопроводом.
3) Получены дифференциальные интегральные характеристики.
4) Изготовлена физическая модель индукционной единицы.
5) Сделан анализ результатов электромагнитного расчета.
6) Построена физическая модель индукционной единицы.
7) Проведены исследования электромагнитных процессов и эффективности ЭМВ на физической модели индукционной единицы.
8) Результаты математического и физического моделирования могут быть использованы при проектирование промышленного МГД-дегазатора с индукционной единицей.
2) Сделан эскиз индукционной единицы с круглым магнитопроводом.
3) Получены дифференциальные интегральные характеристики.
4) Изготовлена физическая модель индукционной единицы.
5) Сделан анализ результатов электромагнитного расчета.
6) Построена физическая модель индукционной единицы.
7) Проведены исследования электромагнитных процессов и эффективности ЭМВ на физической модели индукционной единицы.
8) Результаты математического и физического моделирования могут быть использованы при проектирование промышленного МГД-дегазатора с индукционной единицей.