Введение
1 Обзор существующих МГД устройств и плавильных печей для переработки
вторичного алюминия 9
1.1 Постановка задачи 28
1.2 Принцип действия заливочного кармана 29
1.3 Устройство заливочного кармана плавильной печи 30
1.4 Выводы по разделу 32
2 Математическое моделирование 33
2.1 Математическая модель электромагнитных процессов 33
2.2 Математическая модель магнитогидродинамических процессов 38
2.3 Результаты моделирования 42
2.4 Выводы по разделу 46
3 Экспериментальные исследования индуктора 47
3.1 Выводы по разделу 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
Всё чаще заказчики литья требуют от литейных предприятий обработанные отливки. Однако механическая обработка отливок связана с образованием большого количества стружки. Переработка стружки на литейном предприятии может быть очень интересна с точки зрения рентабельности, если правильно подобрать систему ресайклинга, т.е. переработки стружки.
Однако есть преимущества, которые говорят только в пользу переработки стружки на литейном предприятии. Например, можно экономить на приобретении блочного материала, чаще в форме чушек. Экономия ещё выше, когда используются специальные и поэтому дорогие сплавы. В данном случае, благодаря переработке стружки, сплав остаётся в «собственном доме». Другой момент - это регенерация охлаждающей жидкости, используемой при механической обработке. Отпадает также проблема промежуточного складирования стружки. Сокращаются пути транспортировки. Не надо заниматься реализацией стружки. Когда же переработка стружки уже отлажена и процесс стал рутинным, то можно дешево покупать стружку на стороне, чтобы ещё больше повысить рентабельность и увеличить прибыль. Но надо назвать и недостатки переработки стружки на литейном предприятии. В первую очередь, это высокие инвестиции. Система переработки включает сбор и транспортировку стружки, подготовку и переплавку стружки и, как правило, очистку сбрасываемого воздуха. Процесс подготовки стружки для переплавки состоит из измельчения, сушки и отделения органических налипаний, отделения чёрного металла, а также просеивания. Надо также учитывать дополнительные расходы, в том числе на привлечение квалифицированного персонала для обслуживания. Необходим также дополнительный контроль качества алюминиевого расплава и в некоторых случаях, дополнительное легирование. Нельзя забыть так же необходимость промежуточного хранения стружки при сбое в работе установки, так как чаще всего в наличии только одна установка переработки стружки.
Современным подходом к моделированию процессов в сложных взаимосвязанных системах является компьютерное моделирование. Этот подход позволяет существенно снизить затраты на изготовление опытных образцов проектируемых устройств, предсказать поведение системы в различных режимах и оптимизировать конструкцию проектируемого устройства, не прибегая к изготовлению прототипа.
Сложившейся тенденцией стало использование коммерческих пакетов компьютерного моделирования, использующих метод конечных элементов для решения широкого спектра взаимосвязных задач. К таким компьютерным пакетам можно отнести используемые в настоящее время Comsol Multiphysics, Ansys. Для решения многих несложных задач можно использовать отечественный пакет Elcut. Эти пакеты позволяют в большинстве случаев производить моделирование сложных процессов в 2D и 3D постановках при минимальном количестве допущений [20, 21].
При очевидных достоинствах такого подхода (высокая точность и достоверность вычислений, удовлетворительная скорость вычислений, при достаточно высокой производительности компьютерной техники и т.д.) можно отметить и существенные недостатки:
• использование универсальных компьютерных пакетов, таких как Ansys и Comsol, предполагает наличие достаточно высокой квалификации пользователей в области специальных разделов математики, что отсекает широкий круг возможных пользователей этих компьютерных пакетов;
• существенный рост времени вычисления при усложнении модели, например, при устранении допущений, связанных с нелинейными свойствами материалов, или добавлении связей между модулями расчета полей различной физической природы;
• высокая стоимость как самих пакетов, так и компьютерного оборудования, предназначенного для высокопроизводительных вычислений (суперкомпьютер).
Приведенные выше недостатки делают вышеназванные пакеты доступными в основном для крупных коллективов НИИ, или для фирм, специализирующихся на решении подобных задач.
Актуальность работы. Высокого выхода годного металла можно достичь в том случае, когда стружка минимальное время контактирует с горячей поверхностью расплава, т.е. мгновенно поглощается расплавом. Это связано с тем, что в горячей, насыщенной кислородом атмосфере происходит оксидация поверхности стружки. Чем дольше стружка находится на поверхности, тем толще становится оксидный слой, а это, в свою очередь, осложняет отделение оксидов от металла; металл невозможно выплавить из стружки и его выход значительно сокращается. Таким образом, правильно выбранная технология плавки стружки является немаловажным успехом рентабельности переработки стружки.[1]
Другими факторами, влияющими на выход металла, являются сплав, форма и характеристики стружки. Отрицательно сказывается на выходе годного металла как высокий процент мелкой стружки, так и незначительная толщина стружки. Чем критичнее эти характеристики, тем важнее становится выбор технически совершенной системы переплавки стружки.
Одним из перспективных направлений повышения эффективности оборудования для переплавки вторичного алюминия является создание воронки в загрузочном кармане плавильной печи. Воронка будет обеспечивать погружение вторичного алюминия внутрь расплава плавильной печи.
Объект исследования - дуговой индуктор для создания воронки.
Предмет исследования - электромагнитные и гидродинамические процессы в электромеханической системе "индуктор карман" в процессе создания воронки
Цель работы: расчет дугового индуктора и оптимизация его параметров для увеличения эффективности замешивания стружки.
Задачи:
1. Проведение анализа и обобщение опыта эксплуатации существующего металлургического оборудования с использованием МГД воздействий на алюминиевый сплав.
2. Построение математических моделей, позволяющих проводить анализ связанных электромагнитных и гидродинамических процессов, выявить их влияния на электромагнитные параметры установки.
3. Проведение экспериментальных исследований на опытной установке.
Проведен обзор и анализ существующих устройств, выявлены их преимущества и недостатки. Проведен предварительный анализ физических процессов и подтверждено предположение о формировании воронки в цилиндрическом кармане. Создана математическая и физическая модель заливочного кармана с МГД вращателем расплава. Произведены экспериментальные исследования. Определены оптимальные параметры индуктора.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
