Індукційні установки для електромагнітної обробки металів і сплавів

Планується, що розроблена лінія буде змонтована на одному із металургійних підприємств, де передбачається відпрацювати промислову технологію виробництва гранульованого розкислювача для сталі з первинного та вторинного алюмінію.

В додатку наведено 13 актів і 8 розрахунків економічної ефективності від впровадження результатів роботи.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розвинуто теорію електромагнітних процесів індукційних пристроїв з рідким металом, визначено вплив та встановлено взаємозвязок цих процесів з гідродинамічними і технологічними процесами, розроблено нові схемо-технічні рішення електромагнітних систем, систем живлення і керування для індукційних установок, що забезпечило розв’язання важливої технічної проблеми — підвищення ефективності сучасного та створення нового технологічного обладнання для електромагнітної обробки металів і сплавів.

1. Обгрунтовано необхідність розробки (вдосконалення) методів розрахунку електромагнітного поля, параметрів, сил і тиску в індукційних системах з рідким металом з залученням експериментально одержаних емпіричних залежностей. Показано доцільність сумісного використання математичного та фізичного моделювань при дослідженні фізичних процесів в таких системах в плані виявлення та оцінки взаємного впливу електромагнітних і гідродинамічних процесів, визначення характеристик силової та теплової дії електромагнітного поля на розплав. Отримання цих результатів дозволяє створити основи для розробки нових ефективних електромагнітних систем, систем живлення та керування для електротехнічних технологічних комплексів (установок), які реалізують сучасні технології індукційної плавки, очищення, гранулювання та дозування різноманітних металів.

2. Виконано математичне моделювання електромагнітних процесів в індукційних канальних пристроях з рідким металом, що дало можливість визначити розподіли густин індукованих в рідкому металі струмів і електромагнітних сил та встановити залежності цих величин від геометричних розмірів електромагнітної системи та електрофізичних властивостей рідкого металу з врахуванням екрануючого ефекту конструктивних елементів.

3. Розвязано задачу розрахунку електромагнітного поля з врахуванням руху рідкого металу для установок, що виконують плавку та очищення металів і сплавів. Отримані залежності диференціальних і інтегральних параметрів електромагнітного поля та параметрів руху розплаву для таких систем. Показано, що при наявності обертального руху металу електромагнітний момент в каналі виникає і в відсутністі допоміжних котушок, які створюють разом з індуктором обертове магнітне поле.

4. Розроблено метод визначення електромагнітних параметрів (активних та індуктивних опорів) для індукційних пристроїв з рідким металом, який базується на спільному використанні математичного та фізичного моделювань, що дозволяє отримати високу точність розрахунку.

5. Запропоновано методику розрахунку електромагнітного тиску, що розвивається в рідкому металі пристроїв, призначених для гранулювання та дозування металів і сплавів. Визначені постійні та змінні в часі складові електромагнітного тиску з врахуванням руху рідкого металу, на основі чого встановлено, що в першому наближенні впливом швидкості руху рідкого металу на розподіл електромагнітного тиску в цих пристроях можна знехтувати і замість розв'язування диференціального рівняння руху скористатись простим інтегруванням відповідних складових електромагнітних сил, що значно спрощує розрахунки.

6. Зясовано вплив феромагнітного осердя, його розмірів, а також геометричних співвідношень інших елементів (області, зайнятої рідким металом, форми та розмірів каналів, положення фільтру в металі та ін.) на електромагнітний тиск в рідкому металі МГД грануляторів тигельного і канального типів, а також грануляторів із зовнішнім магнітним полем, що дозволило визначити оптимальні області розташування фільєр, які формують циліндричні струмені розплаву.

7. Визначено умови виникнення та методи створення електромагнітним шляхом транзитного руху рідкого металу в каналах, який суттєво інтенсифікує тепломасообмін в індукційних плавильних пристроях (печах). Зясовано вплив геометричних форм (конфігурацій) каналів та систем електричних напруг на швидкість транзитного руху. Показано, що для багатофазних пристроїв більш прийнятним з точки зору такого руху є живлення їх індукторів від несиметричних систем напруг.

8. Визначено кінематику руху (структуру течії) рідкого металу в індукційних пристроях з електромагнітним обертанням металу в циліндричних каналах. Показано, що такий рух посилює замкнуті вихрові течії металу в поздовжніх перерізах каналів, а також викликає транзитну течію в канальній частині пристрою, які значно інтенсифікують тепломасообмін, знижуючи в декілька раз перегрів металу в каналах.

9. Визначено закономірності поведінки неметалевих часток в обертовому потоці розплаву, створеного електромагнітними силами. В результаті виявлено, що рух означених часток в такому потоці супроводжується їхнім злиттям з коагулюванням газових включень і утворенням шароподібних конгломератів, створюючи таким чином сприятливі умови для очищення рідкого металу. Обгрунтована доцільність використання цього процесу в індукційних канальних печах та в системах для очищення розплаву при безперервному литті алюмінієвих сплавів.

10. Розроблені електромагнітні системи, які створюють транзитний і обертальний рухи рідкого металу в каналах індукційних пристроїв, призначених для плавки та очищення металів та сплавів. Використання таких систем дозволяє інтенсифікувати тепломасообмін, знизити “заростання” стінок каналів оксидами, поліпшити якість металу.

11. Розроблені електромагнітні системи для пристроїв, що здійснюють гранулювання та дозування металів і сплавів. Зокрема розроблено пристрій, який може працювати в двох режимах — в режимі резонансного розпаду витікаючих струменів рідкого металу та в режимі електромагнітного дозування, що дозволяє значно розширити технологічні можливості виробництва металевих часток (гранул, мікровідливків) при його використанні.

12. Розроблені рекомендації для конструктивного виконання, а також відпрацьовані технічні рішення основних елементів електротехнологічних комплексів (установок), призначених для реалізації нових прогресивних технологій, які поєднують в собі індукційну плавку і очищення, плавку і гранулювання рідких металів, забезпечують комбіноване рафінування розплаву в процесі безперервного лиття, дозволяють виробляти металеві гранули високої якості.

13. На підставі отриманих результатів створені нові індукційні пристрої та установки (з системами живлення та керування) для плавки, очищення, гранулювання і дозування різноманітних металів та сплавів. Значна частина із них впроваджена на металургійних заводах (підприємствах) України і Росії, що підтверджено відповідними документами. Подальше розширення впровадження результатів роботи рекомендується в наукових і промислових установах, які займаються розробкою обладнання для металургії та ливарного виробництва, зокрема при створенні в Україні власного алюмінієвого металургійного виробництва.

14. Достовірність та обгрунтованість отриманих в роботі результатів наукових досліджень забезпечується коректністю прийнятих допущень, підтверджується експериментальними даними, зокрема даними, одержаними автором на фізичних моделях та діючому промисловому обладнанні. Розбіжність розрахованих і екпериментальних значень параметрів електромагнітного поля, електромагнітних сил і тиску не перевищує 10-15%.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Колесниченко А.Ф., Гориславец Ю.М. Электротехнологии жидких металлов.—К.: Общество “Знание” Украины, 1989.— 20 с.

2. Гориславец Ю.М., Колесниченко А.Ф. Мгновенные значения давления электропроводной жидкости в канале при падении электропроводной волны и наличии внешнего магнитного поля // Магнитная гидродинамика.—1979.—N1.—С.69-73.

3. Колесниченко А.Ф., Гориславец Ю.М., Бундя А.П., Борисов Б.П., Граудул В.Н. Перенос энтальпии и вещества при неоднородных МГД течениях в каналах индукционных плавильных печей // Магнитная гидродинамика.—1979.—N1.—С.111-116.

4. Колесниченко А.Ф., Гориславец Ю.М., Бундя А.П. Создание однонаправленного движения жидкого металла в каналах индукционных плавильных печей // Магнитная гидродинамика.—1979.—N4.—С.138-140.

5. Гориславец Ю.М., Бундя А.П., Агужен Г.А., Витчинников Н.С., Харчук В.В. Влияние электрических схем питания на работу трехфазных индукционных плавильных печей // Цветные металлы.—1981.—N4.—С.76-78.

6. Борисов Б.П., Фоченков Б.А., Гориславец Ю.М., Волченко С.А., Лихарев А.Д. Симметро-компенсирующие устройства в системах электроснабжения индукционных печей // Цветные металлы.—1981.—N4.—С.78-90.

7. Гориславец Ю.М. Электромагнитные параметры индукционной печи канального типа // Электротехника.—1981.—N10.—С.59-61.

8. Гориславец Ю.М., Борисов Б.П., Волченко С.А., Витчинников Н.С. Исследование влияния систем питания индукционных канальных печей на их электромагнитные параметры //Техн. электродинамика.—1981.—N3.—С.76-83.

9. Гориславец Ю.М., Фоченков Б.А., Волченко С.А., Лихарев А.Д. Несимметричное распределение активной мощности в каналах индукционных плавильных печей // Цветные металлы.—1982.—N3.—С.73-74.

10. Гориславец Ю.М. Индукционные канальные печи // Цветные металлы.—1983.—N6.—–С.83.

11. Гориславец Ю.М., Темеров А.А. Определение электромагнитных параметров индукционных канальных установок методом физического моделирования // Техн. электродинамика.—1985.—N2.—С.36-39.

12. Гориславец Ю.М., Казачков И.В., Колесниченко А.Ф. Полидисперсное МГД течение в цилиндрическом сосуде // Магнитная гидродинамика.—1986.—N1.—С.85-92.

13. Гориславец Ю.М., Карацуба Л.А., Лысак Н.В. Расчет электродинамических усилий в жидком металле индукционных систем // Техн. электродинамика.—1986.—N2.—С.13-16.

14. Тимофеев В.Н., Темеров А.А., Гориславец Ю.М., Бояков С.А. Электромагнитное поле индукционной канальной печи // Техн. электродинамика.—1986.—N5.—С.3-9.

15. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Расчет магнитного давления в индукционных МГД грануляторах тигельного типа // Техн. электродинамика.—1988.—N3.—С.9-15.

16. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Магнитное давление в жидком металле индукционных МГД грануляторов канального типа // Техн. электродинамика.—1988.—N6.—С.21-27.

17. Гориславец Ю.М. Вращательное движение жидкого металла в каналах индукционных печей // Цветные металлы.—1989.—N9.—С.89-91.

18. Blinov V.I., Ehrkenov N.Kh., Gorislavets Yu.M., Kolesnichenko A.F., Kuchaev A.A. Liquid metal flows with polidispersed solid and gaseous inclusions // Liquid Metal Magnetohidrodynamics.—Kluwer acad. publishers, 1989.—P.91-96.

19. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Электромагнитное поле индукционной печи с вращательным движением жидкого металла // Техн. электродинамика.—1990.—N2.—С.15-20.

20. Ehrkenov N.Kh., Gorislavets Yu.M., Kolesnichenko A.F., Lysak N.V. Theoretical derivation of electromagnetic field for MHD granulftors // Proc. of the Sixth Intern. Iron and Steel Congress.—Nagoya (Japan), 1990.—Vol.4.—P.422-429.

21. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Расчет электромагнитного давления в канале МГД гранулятора с внешним магнитным полем // Техн. электро-динамика.—1990.—N5.—С.25-30.

22. Гориславец Ю.М. Экспериментальное исследование магнитогидродинамического вращения жидкого металла в каналах индукционных печей // Магнитная гидродинамика.—1991.—N2.—С.111-115.

23. Эркенов Н.Х., Гориславец Ю.М., Подольцев А.Д. Комбинированный метод расчета вихревых токов в индукционных МГД системах // Изв. вузов. Электромеханика –1992.–N1.–С.3-8.

24. Gorislavets Yu.M., Glukhenky A.I., Malakhov V.V. Development and creation of MHD granulators for production of aluminium granules // Proc. of the Intern. Conference “MHD Processes to Protection of Environment”.—Ukraine, 1992.—Part 2.—P.146-151.

25. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Расчет электромагнитных парамет-ров индукционных канальных устройств // Техн. электродинамика.—1993.—N4.—С.9-13.

26. Gorislavets Yu. MHD stirring and mass tranafer in the induction channel furnaces with rotating movement of liquid metal in channels // Proc.of the 2nd Intern. Conference on Energy Transfer in MHD Flows.—Aussois (France), 1994.– P.66-74.

27. Гориславец Ю.М., Мельникова В.А., Березина А.Л. Получение и исследование структуры гранул сплава алюминий-литий-медь // Металлофизика и новейшие технологии.—1995.—Т.17, N12.—С.39-45.

28. Гориславец Ю.М., Малахов В.В., Глухенький А.И. Магнитогидродинамическая установка для производства свинцовой дроби // Техн. электродинамика.—1997.—N6.—С.68-69.

29. Гориславец Ю.М. Особенности расчета электромагнитных параметров индукционных печей // Техн. электродинамика.—1998.—N3.—С.30-32.

30. Гориславец Ю.М. Электромагнитные системы вращательного движения жидкого металла для индукционных канальных печей // Техн. электродинамика.—1998.—N4.—С.12-14.

31. А.с. N532472 СССР, МКИ В22D 23/08. Устройство для получения сферических гранул из металлических расплавов / А.Ф.Колесниченко, Ю.М.Гориславец, А.П.Бундя, Г.В.Бинецкий (СССР).— №2162697/02; Заявлено 04.08.75; Опубл. 25.10.76, Бюл. 39.—2с.

32. А.с. 766044 СССР, МКИ Н05В 6/20. Индукционная канальная печь / А.П.Бундя, Ю.М.Гориславец, А.Ф.Колесниченко (СССР).— №2656379/34-07; Заявлено24.08.78; Опубл.23.09.80, Бюл.35.—4с.

33. А.с. 782190 СССР, МКИ Н05В 6/20. Способ периодической плавки металла в индукционной многофазной канальной электропечи / Ю.М.Гориславец, А.Ф.Колесниченко, Б.А.Фоченков, В.М.Климов, А.П.Пото-паев, А.Д.Лихарев, А.А.Ганичев, Н.С.Витчинников (СССР).— №2697035/24-07; Заявлено 18.12.78; Опубл.23.11.80, Бюл. 43.—3с.

34. А.с. 923017 СССР, МКИ Н05В 5/14. Способ плавки металлов в индукционной канальной печи / Б.А.Фоченков, В.М.Климов, Ю.М.Гориславец, А.Д.Лихарев, Л.Н.Колупаев (СССР).— №2934733/24-07; Заявлено 07.04.80; Опубл. 23.04.82, Бюл. 15.—3с.

35. А.с. 1031007 СССР, МКИ Н05В 6/20. Индукционная плавильная установка / Б.А.Фоченков, В.М.Климов, О.Д.Молдавский, Ю.М.Гориславец, С.А.Волченко, А.Д.Лихарев, И.В.Назарчук (СССР).— №2837611/24-07; Заявлено 11.11.79; Опубл. 23.07.83, Бюл. 27.—4с.

36. А.с. 1195168 СССР, МКИ F27D 11/06. Отъемная индукционная единица / В.Н.Тимофеев, А.А.Темеров, Ю.М.Гориславец, А.Ф.Колесниченко, Р.М.Христинич (СССР).— №3717363/22-02; Заявлено 30.03.84; Опубл. 30.11.85, Бюл. 44.—2с.

37. А.с. 1206902 СССР, МКИ Н02К 17/04. Способ вращения электропроводного тела / Ю.М.Гориславец, А.Ф.Колесниченко, А.А.Темеров, В.Н.Тимофеев, Р.М.Христинич (СССР).— №3629054/24-07; Заявлено 29.07.83; Опубл. 23.01.86, Бюл. 3.—2с.

38. А.с. 1213826 СССР, МКИ F27D 11/06. Отъемная индукционная единица / В.А.Золотухин, А.А.Темеров, В.Н.Тимофеев, А.Ф.Колесниченко, Ю.М.Гориславец (СССР).— №3744863/22-02; Заявлено 24.05.84; Опубл. 23.02.86, Бюл. 7.—2с.

39. А.с. 1246420 СССР, МКИ Н05В 6/20. Индукционная многофазная канальная печь / С.А.Волченко, Б.П.Борисов, Ю.М.Гориславец (СССР).— №3540855/24-07; Заявлено 21.01.83; Опубл. 23.07.86, Бюл. 27.— 2с.

40. А.с. 1284313 СССР, МКИ F27D 11/06. Индукционная канальная печь для плавки алюминиевых сплавов / Ю.М.Гориславец, В.А.Золотухин, А.Ф.Колесниченко, В.С.Севрюков, А.А.Темеров, З.З.Юхнович (СССР)– №3830294/22; Заявлено 25.12.84; Опубл.15.01.87, Бюл.2.–3с.

41. А.с. 1334400 СССР, МКИ Н05В 6/20. Индукционная канальная многофазная печь / Б.П.Борисов, С.А.Волченко, Ю.М.Гориславец Б.А.Фоченков, А.П.Бундя (СССР). —№3643640/24-07; Заявлено 19.09.83; Опубл.30.08.87, Бюл. 32.—2с.

42. А.с. N1405975 СССР, МКИ В22F 9/06. Устройство для получения гранул из металлических расплавов / А.П.Бундя, Л.В.Галиева, Ю.М.Гориславец, В.Н.Граудул, А.Г.Заиграйкин, В.А.Золотухин, А.Ф.Колесниченко, А.Н.Кузнецов, Н.Х.Эркенов (СССР).— №4129175/31-02; Заявлено 15.08.86; Опубл. 30.06.88, Бюл. 24.—4с.

43. А.с. 1429692 СССР, МКИ F27D 11/06. Отъемная индукционная единица / А.А.Темеров, С.А.Бояков, Ю.М.Гориславец, А.Ф.Колесниченко, В.Н.Тимофеев, Р.М.Христинич (СССР).— №4172184/31-02; Заявлено 04.01.87; Опубл. 07.10.88, Бюл. 37.— 3с.

44. А.с. 1505123 СССР, МКИ F27D 11/06. Индукционный канальный миксер / А.П.Бундя, Ю.М.Гориславец, В.Н.Граудул, В.Г.Иванов, А.Ф.Колесниченко, А.А.Темеров (СССР).— №4364707/31-02; Заявлено 15.01.88; Опубл. 30.08.89, Бюл. 32.—4с.

45. А.с. 1534278 СССР, МКИ F27D 11/06. Индукционная канальная печь для плавки металлов / С.А.Волченко, Ю.М.Гориславец, Б.П.Борисов (СССР).— №4320015/31-02; Заявлено 26.10.87; Опубл. 07.01.90, Бюл. 1.—4с.

46. А.с. 1672737 СССР, МКИ С22В 9/00. Устройство для рафинирования алюминия и его сплавов / Ю.М.Гориславец, В.М.Завода, В.Г.Иванов, А.Ф.Колесниченко В.С.Разумкин, А.А.Темеров (СССР).— №4768068/02; Заявлено 11.12.89; Опубл. 23.08.91, Бюл. 31.—4с.

47. А.с. 1680789 СССР, МКИ С22В 9/02. Устройство для плавки и рафинирования металла / Ю.М.Гориславец, А.Ф.Колесниченко, А.А.Кучаев, А.В.Люткевич (СССР).— №4430075/02; Заявлено 30.03.88; Опубл.30.09.91, Бюл. 36.—2с.

48. А.с. 1750064 СССР, МКИ Н05В 6/20. Индукционная канальная печь / С.А.Волченко, В.К.Шнурко, Ю.М.Гориславец (СССР).— №4796248/07; Заявлено 27.02.90; Опубл.23.07.92, Бюл.27.—3с.

49. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Расчет магнитного давления в жидком металле индукционных МГД грануляторов тигельного типа. — К., 1988. — 30с. – (Препринт / АН Украины. Ин-т электродинамики; N567).

50. Заиграйкин А.Г., Колесниченко А.Ф., Гориславец Ю.М., Иванова Н.В., Гребенников М.П. Получение гранул в инертной атмосфере с применением МГД-диспергатора и подвижной металлической подложки // Металлургия гранул.—М.: ВИЛС, 1988.—Вып.4.—С.411-416.

51. Гориславец Ю.М., Колесниченко А.Ф., Камкин М.Н., Митин О.В., Темчин М.З. Установка для получение алюминиевых гранул заданных размеров и формы методом МГД распада свободных струй жидкого металла // Металлургия гранул.—М.: ВИЛС, 1988.—Вып.4.—С.407-410.

52. Гориславец Ю.М., Эркенов Н.Х. Магнитное давление в жидком металле тигельных МГД грануляторов с ферромагнитным сердечником // Электромагнитные поля в энергетических и технологических установках.—К.: АН Украины, 1988.—С.43-49.

53. Gorislavets Yu. MHD device for aluminium weighing // Proc. of the 14th Intern. Riga Conf. on Magnetohydrodynamics.—Yurmala (Latvia), 1995.—P.63.

Размещено на Allbest.ru