Повышение энергетической эффективности преобразования электрической энергии в индукционных установках сквозного нагрева цветных металлов

• Автор: Кузнецов, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

1 ИНДУКЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ НАГРЕВА МЕТАЛЛОВ,
МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 Физическая сущность метода индукционного нагрева
1.2 Классификация индукционных нагревателей для сквозного нагрева по
принципу действия
1.3 Особенности индукционного метода нагрева черных и цветных
металлов
1.4 Способы повышения эффективности установок индукционного
нагрева
1.5 Методы расчета установок индукционного нагрева
1.5.1 Методы электромагнитных расчетов индукционных систем
1.5.2 Применение коммерческих пакетов программ
1.6 Методы и средства оптимального проектирования
1.6.1 Детерминистские методы оптимизации
1.6.2 Стохастические методы оптимизации
1.6.3 Выбор метода решения задачи оптимального проектирования УИН
1.6.4 Опыт применения средств оптимального проектирования УИН
1.7 Выводы по разделу
2 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
В ИНДУКЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ СКВОЗНОГО НАГРЕВА
2.1 Постановка задачи
2.2 Анализ электромагнитного поля УИН
2.3 Достоверность результатов математического моделирования
2.4 Выводы по разделу

3 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УИН
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
3.1 Общая постановка задачи
3.1.1 Технологические предпосылки для проектирования установки индукционного нагрева алюминиевой заготовки катанки
3.1.2 Объект исследования
3.2 Проектирование УИН с помощью инженерной методики
3.3 Решение задачи методом полного перебора
3.4 Решение задачи параметрической оптимизации
3.4.1 Выбор критериев оптимальности
3.4.2 Границы применения различных методов оптимального проектирования
3.4.3 Результаты оптимизации УИН
3.5 Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

В любом металлургическом производстве необходимой частью многих промышленных технологий при изготовлении и обработке металлов являются термические процессы. Современный подход к использованию энергии требует ответственной эксплуатации энергетических ресурсов. Поэтому непрерывно возрастающие требования к энергосберегающим процессам нагрева должны быть реализованы в промышленности, прежде всего путем внедрения эффективных технологических процессов.
В течение последних 60 лет быстрее других электротермических процессов развивался индукционный нагрев. В развитие теории индукционного нагрева большой вклад внесли такие ученые, как В. П. Вологдин, Г. И. Бабат, М. Г. Лозинский, А. Е. Слухоцкий и др.
Современные установки индукционного нагрева (УИН) - это сложные высокопроизводительные, энергоемкие агрегаты мощностью в десятки мегаватт. Высокая эффективность процесса нагрева равносильна энергосбережению и автоматически ведет к экономичности технологии. В свою очередь разработка и создание эффективных УИН с высокими технико-экономическими показателями и высоким КПД является одной из самых актуальных задач в технике индукционного нагрева.
Известно, что при индукционном нагреве КПД процесса определяется физическими свойствами нагреваемых материалов и конструктивными особенностями УИН. Зависимость КПД УИН от физических свойств нагреваемого материала и материала индуктора в основном обусловлена электрическими потерями в обмотках индукторов. При нагреве стали выше точки Кюри потери в обмотках составляют 15 - 20 % общей мощности, а при нагреве слитков из цветных сплавов достигают 50 - 60% подводимой мощности. Таким образом, снижение электрических потерь в обмотках УИН остается приоритетной задачей, особенно
Представленные примеры показали, что процедуры оптимального проектирования индукционных нагревательных систем применяются в основном для решения задач оптимального управления режимом работы нагревателя для создания равномерного распределения температуры по сечению и длине заготовки или для обеспечения максимального приближения температурного поля заготовок к требуемому.
Итак, процедуры оптимизации могут быть полезными, если классический метод пробных попыток требует большого объема расчетов. Предел применимости этих процедур также определяется временем расчета. Типичный оптимизационный анализ требует большого числа оценок стоимостной функции; если эта функция не выражается аналитически, каждый расчет должен выполняться с помощью МКЭ, МКР или других численных методов. Нужно подчеркнуть, что процедуры оптимизации могут дать проектировщику новые нетрадиционные решения.
1.7 Выводы по разделу
1. Проведен обзор методов и средств теории и практики в технике индукционного нагрева, рассмотрены физические и конструктивные особенности индукционных установок для сквозного нагрева металлов.
2. Проанализированы основные особенности индукционного метода сквозного нагрева цветных металлов. Наибольшее влияние на электрический КПД оказывают физические свойства нагреваемых материалов и материала индуктора. Так при нагреве магнитных материалов с высоким удельным электросопротивлением достигается высокое значение электрического КПД и, наоборот, нагрев загрузки из немагнитного металла с низким удельным сопротивлением (например, золота, серебра, меди и т. п.) энергетически невыгоден.
3. Выполнен анализ способов повышения эффективности процесса
индукционного сквозного нагрева металлов. Показано, что наиболее
целесообразным способом повышения эффективности УИН является максимальное