Цилиндрический МГД насос для силового воздействия на расплав алюминия в процессе литья из стационарного миксера

• Автор: Ковальский, Виктор Васильевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Обзор методов и средств индукционного МГД оборудования для металлургии и литейного производства
1.1 Производство и потребление алюминия в народном хозяйстве
1.2 Технология приготовления алюминиевых сплавов
1.3 Состав агрегата для приготовления алюминиевых сплавов
1.4 Способы регулирования расплава при литье из стационарного миксера
1.5 Принцип действия и область применения МГД насосов с жидкометаллическим рабочим телом
1.6 Классификация индукционных насосов
1.7 Технология дозирования расплава из стационарного миксера с помощью индукционного магнитогидродинамического насоса
1.8 Опыт использования индукционных насосов в качестве дозаторов жидкого расплава
1.9 Обзор методов исследования цилиндрических линейных машин
1.10 Постановка задачи научного исследования
1.11 Выводы по разделу
2 Математическая модель МГД насоса
2.1 Постановка задачи и основные допущения
2.2 Математическая модель для анализа электромагнитного поля
2.3 Конечно-элементная формулировка уравнений электромагнитного

2.4 Вычислительная модель процесса расчета цилиндрического насоса
2.5 Анализ интегральных и дифференциальных характеристик электромагнитного поля в системе «жидкометаллическое рабочее тело
- индуктор»
2.6 Выводы по разделу
3 Параметрическая оптимизация режимов работы цилиндрического МГД насоса
3.1 Общая постановка задачи
3.2 Выбор критериев оптимальности
3.3 Методы и средства оптимального проектирования
3.4 Выбор и обоснование метода оптимального поиска
3.5 Детерминистские методы оптимизации
3.6 Выбор метода решения задачи оптимизации
3.7 Стохастические методы оптимизации
3.8 Результаты оптимизации режимов работы цилиндрического МГД насоса
3.9 Выводы по разделу
4 Экспериментальные исследования цилиндрического МГД насоса
4.1 Общие замечания
4.2 Физическое моделирование трехфазного цилиндрического насоса
4.3 Испытания на экспериментальном стенде
4.4 Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Одной из технологических операций в процессе получения алюминиевых сплавов, стабильность, которой в существенной степени определяет качество этих сплавов, является процесс выдачи расплава алюминия из раздаточного миксера и его доставка до кристаллизаторов литейных машин и конвейеров. Поэтому металлурги на протяжении нескольких десятилетий не оставляют попыток осуществить механизацию и автоматизацию этого процесса, что на практике трудно достижимо из-за агрессивности жидкого алюминия и его повышенной окисляемости. Известны механические способы дозированной подачи металла. Однако они или недостаточно надежны, или чрезмерно дороги. В работе рассмотрены альтернативные механическим способы решения проблемы. Посредством индукционных магнитогидродинамических (МГД) насосов.
Применение МГД устройств для силового бесконтактного воздействия на расплав предложено Л.А. Верте еще в середине XX века (авт. с. № 113 697, 1948 г.). С тех пор проблеме автоматизированной выдачи алюминия из стационарных миксеров посвящено множество научных исследований, например, А.И. Вольдека, В.Д. Мищенко, Б.И. Украинцева, М.Ю. Каневского, В.Н. Тимофеева, Т.А. Бояковой, других ученых и инженеров. Однако до сих пор нет надежного МГД устройства, которое полностью удовлетворяло бы требованиям технологии производства алюминиевых сплавов и эксплуатационной надежности.
Наиболее перспективным из линейных индукционных МГД насосов, с точки зрения эксплуатационной надежности, является цилиндрический МГД насос (ЦН), помещаемый в леточное пространство стационарного миксера. ЦН для алюминия впервые создан и испытан на Красноярском металлургическом заводе инженером В.Е. Тимошевым. Простая цилиндрическая форма канала и компактное расположение насоса в летке миксера стали удачным
техническим решением, но наличие проточного водяного охлаждения, а так

эта решается двумя путями: регулированием количества подаваемого в кристаллизатор металла и регулированием скорости вытягивания слитка. Первое связано с недостаточно надежной работой существующих механических стопоров, второе приводит к значительному усложнению электропривода механизма вытягивания слитка, устройств для его резки на ходу и т. д.
Способность индукционного насоса в зависимости от приложенного напряжения изменять величину развиваемого в жидком металле давления открывает возможность его применения для регулирования поступления металла в кристаллизатор при непрерывной разливке. На рисунке 1.7 показана схема такой установки с использованием индукционного насоса, работающего в вентильном режиме. Аналогичная установка может быть создана и с насосным режимом работы индукционного насоса.

Рисунок 1.7- Схема электромагнитного дозирующего устройства для вертикальных установок непрерывной разливки (с горизонтальным расположением насоса). На рисунке: 1 - печь; 2 — кристаллизатор; 3 — индукционный
насос; 4 - датчик уровня.
Индукционный насос не устанавливает ту или иную скорость протекания струи. Расход металла и скорость его протекания через канал индукционного