Электромагнитный кристаллизатор для получения прутковой заготовки из сплавов алюминия

• Автор: Сергеев, Николай Вячеславович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

1. УСТАНОВКИ ЛИТЬЯ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР, МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1. Постановка задачи и общие замечания
1.2. Устройство электромагнитного кристаллизатора
1.3. Источники питания электротехнологических установок
1.4. Математические методы моделирования электромагнитных кристаллизаторов
1.4.1. Математические модели процессов литья в электромагнитный кристаллизатор
1.4.2. Численные методы математического моделирования
1.4.3. Пакеты прикладных программ для математического моделирования
в электротехнологии
1.5. Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ
2.1. Анализ электромагнитного поля кристаллизатора
2.1.1. Постановка задачи и основные допущения
2.1.2. Математическая модель электромагнитного кристаллизатора
2.1.3. Результаты математического моделирования
2.2. Анализ процессов теплообмена в электромагнитном
кристаллизаторе
2.2.1. Постановка задачи и основные допущения
2.2.2. Математическая модель процесса кристаллизации
2.2.3. Результаты математического моделирования
2.3. Выводы по главе

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРУТКА ИЗ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ НА ОСНОВЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА
3.1. Общие описание установки
3.2. Литейная машина
3.3. Печь для приготовления расплава
3.4. Электромагнитный кристаллизатор
3.5. Рабочие характеристики согласующего контура
3.6. Выводы по главе
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЛИТЬЯ ПРУТКА ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР
4.1. Общие замечания
4.2. Рекомендации по проектированию индукционной установки для 121 получения прутковой заготовки диаметром 9-25 мм
4.3. Подготовка к работе
4.4. Начало литья
4.5. Технологические параметры процесса литья
4.6.Сравнение результатов теоретического исследования с результатами эксперимента
4.7. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Алюминий и его сплавы занимают заметное место в современной промышленности. Благодаря своим уникальным технико-эксплуатационным характеристикам, таким как высокая электропроводность, небольшой вес, хорошая коррозионная стойкость, алюминий нашел широкое применение в машиностроении, электроэнергетике, транспорте и др. Особое место в структуре производства занимает проволока из алюминия и его сплавов. Из алюминиевой проволоки изготавливаются линии электропередач, электротранспортные тросы и кабели, силовые кабели для промышленного использования. Так, в 1999 г. в США её производство составляло 375 тыс. тн, т.е. около 5% общего объёма алюминиевых полуфабрикатов, и в 3,2 раза превышало производство поковок и штамповок. Аналогичная тенденция просматривается и в других индустриально развитых странах [111, 112].
Значительную долю проволочного рынка развитых стран занимает проволока из алюминия, которая находит применение в электротехнике в качестве проводов. Заготовки для волочения этой проволоки обычно изготавливают методами непрерывной разливки и последующей холодной прокатки непрерывно литой заготовки. По оценкам различных источников общий объем неудовлетворенного платежеспособного спроса на такую проволоку в России составляет сегодня около 8 тыс. тн/год [111, 112].
При этом большая часть отечественных линий электропередач, в том числе и наиболее разветвленных и протяженных линий среднего и низкого напряжения (коммунальные, осветительные и т.д.) выполнены из неизолированных проводов. Это повышает риск эксплуатации (велика вероятность обрыва, климатические воздействия и т.д.). За рубежом при производстве изолированных проводов активно нашли применение сплавы серии бххх. Повышенная прочность этих сплавов позволила создать

узлах. Если решение полученной системы дифференциальных уравнений существует, и при измельчении сетки стремится к решению исходной дифференциальной задачи, то это решение и является искомым приближенным решением задачи.
Применяя метод конечных разностей к численному расчету электромагнитных, тепловых и гидродинамических полей, получают в результате представления дифференциальных уравнений в частных производных конечно-разностными уравнениями и решения полученной системы уравнений на ЭВМ. Однако растущие требования к точности расчетов приводят к необходимости более строгого учета геометрической конфигурации элементов устройства, что приводит к серьезным затруднениям при использовании конечно-разностного метода [57].
Использование метода конечных элементов позволяет наиболее точно учесть геометрическую конфигурацию кусочных сред, а так же уменьшить порядок системы решаемых уравнений и использовать эффективные методы решения [61, 62]. Метод конечных элементов является эффективным средством для анализа тепловых, электромагнитных и гидродинамических процессов, особенно в случае сложной геометрической конфигурации расчетной области и поверхности раздела кусочных сред. Его можно трактовать, как способ аппроксимации непрерывной функции дискретной моделью, представляющей собой множество значений заданной функции в конечном числе точек области, ее определения в совокупности с кусочными аппроксимациями этой функции на некотором конечном числе подобластей. Эти подобласти называются конечными элементами.
Основной идеей метода конечных элементов является минимизация функционала, связанная с разбиением исследуемой области на элементы конечной величины, в которых неизвестная функция представляется полиномиальной аппроксимацией.