Введение 5
1 Обзор миксеров сопротивления для приготовления алюминия 6
1.1 Место и назначение миксера сопротивления в плавильно-литейном
комплексе 6
1.2 Конструкция и основные элементы миксеров
сопротивления 7
1.3 Основные уравнения описывающие процессы теплообмена в печи
сопротивления 13
1.4 Современные системы электрического нагрева миксеров 19
1.5 Выводы по главе 24
2 Источники питания и методы регулирования мощности электрических
миксеров сопротивления 26
2.1 Устройства дискретного регулирования 26
2.2 Устройства с плавным регулированием 28
2.3 Законы непрерывного регулирования в печах сопротивления 31
2.4 Система управления миксером сопротивления емкостью 100 кг 36
2.5 Выводы по главе 39
3 Методика расчета печей сопротивления 41
3.1 Расчет нагревателей 41
3.2 Тепловой расчет футеровки 42
3.3 Определение тепловых потерь и номинальной мощности миксера
емкостью 100 кг 45
3.4 Электрический расчет нагревателей миксера емкостью 100 кг 48
3.5 Выводы по главе 51
4 Математическое моделирование тепловых процессов в миксере 52
4.1 Программный продукт ANSYS для моделирования физических
процессов 52
4.2 Постановка задачи 53
4.3 Результаты математического моделирования 56
4.4 Выводы по главе 61
Заключение 63
Список использованных источников 64
В настоящее время потребление алюминиевых сплавов неуклонно растет, более того, наблюдается тенденция замены алюминием других материалов, где это возможно. Следовательно, в условиях современной промышленности металлургическая продукция должна соответствовать высоким требованиям, предъявляемым к качеству и эксплуатационным характеристикам сплавов цветных металлов в связи с расширяющейся областью их применения. Использование современного электротехнологического оборудования позволяет повысить эффективность и продуктивность производственного процесса получения качественных сплавов.
Важным технологическим процессом в производстве алюминиевых сплавов является его приготовление, при котором обеспечиваются необходимые температура и состав расплава перед его разливкой в литейную машину. Приготовление расплава осуществляется в отражательных печах сопротивления, называемых миксерами [1, 2]. Миксер является одним из основных узлов плавильно литейного комплекса, от надежности и эффективности которого зависит конечное качество алюминиевых сплавов.
Высокой надежности и эффективности миксеров возможно добиться разработкой и применением современных систем электрического нагрева, новых качественных футеровочных материалов, качественной системы регулирования и контроля температуры расплава и нагревателей, а также выбором рациональных схем источника питания и соединения нагревательных элементов.
В данной работе рассмотрены конструкции и основные элементы миксеров сопротивления. Проведен литературный и патентный обзор современных систем электронагрева. Также рассмотрены источники питания, методы и законы регулирования температурного режима в миксерах. Проведён расчет тепловых потерь через футеровку и электрический расчет нагревателей миксера емкостью 100 кг. Построена математическая модель миксера сопротивления для анализа протекания нестационарных тепловых процессов
1. Из проведенного обзора современных систем электрического нагрева, были выявлены преимущества применения нагревательной системы «светящийся свод», которые заключаются в увеличении площади излучающей поверхности и отделения нагревательных элементов от внутрипечной агрессивной среды;
2. По инженерной методике методом последовательных приближений определены тепловые потери через футеровку печи в установившемся режиме, которые составили 2836 Вт;
3. Проведен электрический расчет нагревательных элементов для системы «светящийся свод», в результате которого были определены ток в нагревателе, мощность нагревательной системы и схема соединения нагревательных элементов;
4. Построена математическая модель тепловых процессов в миксере. В результате моделирования было получено поле температур в печи, кривые нагрева печи и металла. Время, за которое температура в печи достигает 750 оС составляет 11.5 часов. Потери в установившемся режиме составляю 2676 Вт.
5. Нагрев металла с 700 оС до 720 оС при температуре излучающей поверхности 850 оС происходит за 25 минут, дальнейший нагрев при этой температуре излучающей поверхности становится не эффективным. Даны рекомендации по повышению интенсивности нагрева.
