Электротехнология и оборудование для получения непрерывнолитых слитков в электромагнитном кристаллизаторе. Теория и практика

• Автор: Первухин, Михаил Викторович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 314 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ ЭЛЕКТРОТЕХНО ЛОГИЧЕСКОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ЛИТОЙ ПРОДУКЦИИ

1.1. Электротехнологическое оборудование в составе плавильно -литейных комплексов для получения высококачественных сплавов и сплавов со специальными свойствами

1.1.1. Электрические печи для плавки и приготовления алюминиевых сплавов

1.1.2. Электромагнитное перемешивание в процессе приготовления сплава

1.1.3. Рафинирование алюминиевых сплавов

1.2. Электротехнологии и оборудование для получения высококачественной литой продукции
1.2.1. Проблемы получения высококачественной литой продукции с заданными свойствами и пути их решения
1.2.2. Влияние скорости охлаждения на свойства литой заготовки и технологии быстрой кристаллизации
1.2.3. Перемешивание кристаллизующегося расплава и оборудование для его реализации
1.3. Непрерывное литье в электромагнитный кристаллизатор
1.4. Обзор методов и средств математического моделирования физических процессов в электротехнологическом оборудовании металлургического назначения
1.4.1. Обзор работ в области математического моделирования процессов кристаллизации в электромагнитном поле

1.4.2. Коммерческие пакеты прикладных программ для расчета
сложных физических процессов
1.4.3. Краткий обзор численных методов
1.4.4. Обзор методов решения задач со свободной поверхностью
1.5. Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ, ТЕПЛОВЫХ И
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
КРИСТАЛЛИЗУЮЩЕГОСЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ СЛИТКА
2.1. Описание объекта исследования
2.2. Постановка задачи
2.2.1. Уравнения электромагнитного поля
2.2.2. Уравнения Навье - Стокса и модели турбулентности
2.2.3. Уравнение энергии с учетом фазового перехода
2.2.4. Расчет задачи со свободной поверхностью
2.3. Построение математических моделей
2.3.1. Математическая модель электромагнитных процессов в системе «индуктор-слиток»
2.3.2. Математическое моделирование тепломассообмена в слитке, кристаллизующемся в электромагнитном поле
2.3.3. Расчет формирования слитка магнитным полем с учетом свободной поверхности
2.4. Проверка достоверности математической модели
2.5. Выводы по главе
3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1. Расчет интегральных и дифференциальных электромагнитных
характеристик системы «индуктор-слиток»

3.1.1. Расчет энергетических характеристик системы «индуктор-слиток»
3.1.2. Расчет силовых характеристик системы «индуктор-слиток»
3.2. Анализ магнитогидродинамических и тепловых процессов в кристаллизующемся слитке
3.3. Анализ устойчивости формирования слитка
3.4. Выводы по главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛИТКОВ
ЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННЫХ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
4.1. Химический состав исследуемых сплавов и подготовка образцов к исследованию
4.2. Исследование сплава 01417М
4.3. Исследование сплава AL-0,15Zr
4.4. Исследование сплава АК12
4.5. Выводы по главе
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ
КРИСТАЛЛИЗАТОРОМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛИТКОВ
5.1. Общее описание установки
5.2. Расчет рабочих характеристик согласующего контура
5.3. Технологические параметры процесса получения слитков из сплава 01417М
5.4. Сравнение экспериментальных и расчетных данных
5.5. Рекомендации по проектированию электротехнологической

Учеными - металловедами разработано большое разнообразие специальных алюминиевых сплавов легированных тугоплавкими и переходными металлами. Такие элементы, как марганец, хром, титан, железо, никель, РЗМ и др., эффективно влияют на структуру и свойства сплавов. Указанные элементы, входя в небольших количествах в твердый раствор и выделяясь в виде вторичных интерметаллидов, затрудняют процесс рекристаллизации, способствуют получению мелкозернистых и нерекристаллизованных структур, что приводит к значительному повышению прочности и коррозионной стойкости полуфабрикатов. Вторичные интерметаллиды марганца, хрома, титана, циркония и эвтектические интерметаллиды железа и никеля оказывают положительное влияние на жаропрочность алюминиевых сплавов [32]. По данным, приведенным в [29, 30], в настоящее время разработаны и используются в промышленности следующие высоколегированные алюминиевые сплавы: жаропрочные сплавы (01419, 01435, 01489); высокопрочные сплавы (01969, 01959); свариваемые (01209, 01949); сплавы со специальными свойствами (01379, 01389, 01417, 01439). Вопросами разработки и получения высоколегированных алюминиевых сплавов занимались ученые Всероссийского института легких сплавов (ВИЛС)
В.И. Добаткин, В.И. Елагин, В.М. Федоров, P.M. Сизова, Ю.Г. Гольдер и др.
Проблемы, с которыми приходится сталкиваться при получении слитков из рассматриваемых сплавов, заключаются в том, что перечисленные компоненты, входящие в их состав, имеют малую растворимость в твердом алюминии. Причем характер их взаимодействия с алюминием таков, что уже при наличии в сплавах указанных добавок в количествах, не намного превышающих предельную растворимость, появляются первичные кристаллы интерметаллических соединений. Первичные интерметаллиды марганца, хрома, титана, циркония и других тугоплавких элементов, образующиеся в алюминиевых сплавах, находятся в слитках в виде грубых, неравномерно распределенных включений. Эти включения ухудшают механические свойства,