Разработка системы управления температурным режимом индукционных тигельных миксеров

• Автор: Федин, Максим Андреевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ПРИМЕНЕНИЕ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА И УПРАВЛЕНИЕ

ИНДУКЦИОННЫМИ ТИГЕЛЬНЫМИ .МИКСЕРАМИ

1 Л. Применение ИТМ и особенности их эксплуатации

1.2. Обзор промышленных индукционных миксеров, выпускаемых российскими и зарубежными предприятиями

1.3. Задачи и методы расчета РИМ

1.4. Управление электрическими и технологическими параметрами ИТМ

1.5. Структурные модели ИТМ и принципы построения САУ температурой расплава

1.6. Постановка задачи

ГЛАВА II. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИТМ С УЧЕТОМ ПЕРЕМЕННОГО УРОВНЯ РАСПЛАВА
2.1. Постановка задачи теплового расчета ИТМ
2.2. Алгоритм расчета теплового режима ИТМ
2.3. Постановка задачи электрического расчета ИТМ
2.4. Алгоритм расчета электрических характеристик ИТМ
2.5. Описание программы Overheat для расчета тепловых и электрических режимов работы ИТМ
2.6. Применение пакета Overheat для расчета ИТМ и проверка его адекватности

2.8. Выводы по главе
ГЛАВА III. ТЕПЛОВЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИТМ. СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ ИТМ
3.1. Постановка задач главы
3.2. Тепловые характеристики ИТМ
3.3. Влияние вместимости ИТМ на тепловые потери
3.4. Влияние параметров металла, перегреваемого в ИТМ, на тепловые потери69

3.5. Анализ электрических характеристик ИТМ
3.6. Распределение мощности, выделяющейся в загрузке, при изменении уровня металла в ИТМ
3.7. Идентификация ИТМ как объекта управления
3.8. Выводы по главе
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РАСЧЕТ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ РАСПЛАВА В ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ И МИКСЕРАХ
4.1. Алгоритм расчета формы поверхности расплава и
энергетических характеристик ИТП
4.2. Описание пакета Мешзк-2008
4.3. Расчет высоты и формы поверхности расплава в ИТП
4.4. Исследование влияния формы поверхности расплава на энергетические и электрические характеристики ИТП
4.5. Выводы по главе
ГЛАВА V. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ РАСПЛАВА ИТМ ПО КОСВЕННЫМ ПАРАМЕТРАМ
5.1. Принципы построения САУ температурой расплава ИТМ по косвенным параметрам
5.2. Построение модели регулятора температуры расплава в ИТМ по косвенным параметрам и ее исследование
5.3. Реализация САУ температурой расплава ИТМ на современной элементной базе
5.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Индукционная плавка черных и цветных металлов и сплавов широко распространена в самых различных отраслях промышленности. Это объясняется высокой производительностью индукционных плавильных печей, которая обеспечивается их главным преимуществом перед другими типами плавильных агрегатов — преобразованием электрической энергии в тепловую непосредственно в нагреваемом металле, что и обеспечивает высокую скорость нагрева и плавки. Помимо повышения производительности это приводит также к снижению угара металла. Кроме того, индукционные плавильные печи обладают и рядом других существенных преимуществ. Так, при плавке в индукционных печах возникает магнитогидродинамическое движение расплава, которое способствует выравниванию его состава и температуры.
Все эти преимущества индукционных плавильных агрегатов дают возможность получать в них металлы и сплавы высокого качества со стабильными свойствами.
При этом сам процесс их получения в индукционной печи может быть разделен на этап расплавления, в течение которого в печь вводится полная мощность, и этап доводки расплава (перегрев и выдержка с целью выравнивания его состава и температурного поля), в течение которого в печь вводится мощность, намного меньшая номинальной мощности установки. По своей продолжительности эти два этапа являются соизмеримыми.
В литейном процессе важной задачей таюке является хранение жидкого металла, при котором должна поддерживаться неизменной его температура, а также обеспечиваться гомогенность (однородность состава и температуры).
Для решения этих задач литейного производства используются различные агрегаты: индукционные печи, дуговые печи, печи сопротивления (литье алюминиевых и цинковых сплавов) и другие.
Преимущества индукционного нагрева обуславливают его широкое применение в литейном процессе при производстве отливок из черных, цветных металлов и их сплавов.

Сл * €1 £л
ЛГ-(е, +е2
_Т-Г-5_Т
юо J (юо;
<ЗР{ с1Р2 СО Б у] СО.Ч у2
(2.5)
где , с1Р2 - элементарные площадки поверхности зеркала ванны расплава и внутренней поверхности крышки миксера; у, у2 - углы между направлением, соединяющим элементарные площадки поверхностей ванны и крышки по кратчайшему расстоянию, и направлением нормали к соответствующей площадке; г -кратчайшее расстояние между элементарными площадками ванны и крышки (рис. 2.3).
Рис. 2.3. К расчету теплообмена излучением между двумя элементарными площадками
Интегрируя выражение (2.5) по всей поверхности ванны расплава и внутренней поверхности крышки миксера, получим выражение (2.1) для 1 = 2, описывающее теплообмен излучением между расплавом и крышкой.
В состав этого выражения входит взаимная поверхность облучения «ванна -крышка»
= (2.6)
А рг