Формирование энергоэффективных режимов работы индукционного плавильного агрегата

• Автор: Фаткуллин, Салават Мирдасович
• Шифр специальности: 05.09.03, 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 214 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И МЕТОДИК РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ИНДУКЦИОННЫХ КОМПЛЕКСАХ НА ОСНОВЕ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

1.1. Обзор индукционных комплексов современной конструкции

1.2. Математические модели индукционной тигельной печи.

1.3. Постановка задачи исследования

1.4. Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЛАВИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ.

2.1. Структура и особенности построения модели.

2.2. Построение математической модели индукционной тигельной печи

2.3. Верификация моделей индукционной тигельной печи.

2.4. Выводы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА
3.1. Структура тепловой модели многофункционального плавильного агрегата и возможные конструкции.
3.2. Особенности процессов в загрузке многофункционального плавильного агрегата.
3.3. Построение математической модели многофункционального плавильного агрегата на основе индукционной тигельной печи.
3.4. Модель источника питания индукционной тигельной печи.
3.5. Выводы.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК
4.1. Исследование влияния параметров загрузки на характеристики
индукционной тигельной печи.
4.2. Исследование влияния параметров подложки на энергетические характеристики многофункционального плавильного агрегата и геометрию подложки
4.3. Исследование режимов работы многофункционального плавильного агрегата
4.4. Экспериментальные исследования плавильного комплекса на основе индукционной тигельной печи.
4.5. Рекомендации по формированию энергоэффективных режимов работы многофункционального плавильного агрегата.
4.6. Рекомендации к основным техническим решениям для создания опытнопромышленного образца многофункционального плавильного агрегата
4.7. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Основным недостатком многофазного индуктора является то, что созданная им бегущая волна электромагнитного поля в отличие от рассмотренной выше плоской затухает в диэлектрическом полупространстве [], следовательно, она ослабляется слоем футеровки. При использовании такого индуктора расширяются возможности по управлению движением металла в тигле, поскольку добавляется осевое усилие, но ограничиваются возможности термического воздействия на загрузку. Одним из решений в современном использовании перемешивания металла является создание многофункционального плавильного агрегата на основе индукционной тигельной печи, в котором присутствуют два индуктора - один нагревающий, второй - создающий электродинамическое воздействие на металл, раскручивающее его. При этом увеличивается площадь контакта металла с вводимым шлаком, а, следовательно, и скорость реакции между ними. Кроме того, появляются новые качественные возможности для проведения различных технологических реакций, которые дадут возможность расплавлять в таком агрегате не только металлическую шихту, но и шихту, содержащую в своем составе оксиды. Для исследования индукционных электротехнологических устройств применяются различные модели, отличающиеся разным уровнем допущений и сложности вычислений. Можно выделить три типа, наиболее часто применяемых для данных целей электромагнитных моделей: на основе Т-образной схемы замещения, на основе детализированных схем замещения и конечноэлементные. Данный метод широко используется при проектировании различных индукционных устройств [,,,,,]. Рис. На магнитной схеме замещения, изображенной на рис. VIи - магнитодвижущая сила (МДС) индуктора. Ят=К-К', (1. К - коэффициент Нагаока [] или коэффициент самоиндукции. Бесселя первого рода, нулевого и первого порядка [7,,,]. Расчет параметров индуктора при нагреве кусковой шихты основан на составлении схемы замещения индуктора с кусковой загрузкой (в общем случае ферромагнитной) по методу, изложенному в [2,,]. Изменения касаются, главным образом, расчета сопротивления загрузки и замены параметров расплава на параметр шихты. Если шихта ферромагнитна, то расчет схемы замещения проводится методом последовательных приближений до сходимости результатов в пределах выбранной точности. Для немагнитной шихты в выполнении расчетов по методу последовательных приближений нет необходимости. Кусковая шихта в первом приближении может быть представлена в виде совокупности эквивалентных цилиндров [2,], расположенных вертикально в тигле, причем диаметр цилиндров численно равен характерному размеру среднего куска шихты dm, а высота их равна расчетной высоте загрузки h2. Предполагается, что электрический контакт между отдельными эквивалентными цилиндрами отсутствует. Число эквивалентных цилиндров, имитирующих шихту и размещающихся в плавильном тигле диаметром ? Л,-3^, (,. Н []. В начальной стадии расчета в условиях плавки ИТП можно ориентировочно принять ц'ш = -г , на каждой последующей стадии значение ц'ш подлежит уточнению в соответствии с истинным значением Н. А(тш)-М; (1. А(тя)-Мщ, (1. А(тш) - значение вспомогательной функции А(т), определяемое для соответствующего значения тш (до и после точки Кюри). Ьгш, (1. А(тш) и В(тш)- значения вспомогательных функций А(т) и В(т), определяемые для соответствующего значения тш. К - коэффициент самоиндукции. Далее определяются приведенные к индуктору сопротивления загрузки. Я = —-(1. В - магнитная индукция в шихте. Если полученное значение магнитной проницаемости //ш значительно отличается от значения, принятого на предыдущем этапе, то следует, подставив в уравнение (1. При переходе по правилу дуальности от магнитной схемы замещения к электрическим заменим параллельное соединение сопротивлений на последовательное и наоборот. Полученная схема замещения изображена на рис. Хмх»гх (1. АоА. Я». Рм~В(т1)^2. Функции А(т2) и ? Во всех приведенных выше формулах <у = 2л/* - угловая частота. Мы определили все составляющие схемы замещения рис. Однако в практических расчетах эту схему замещения часто упрощают до Г-образной (рис. Используя схему замещения на рис. Рис. Хгг + Лх, + ^2>1 _. Рг=г'Л. Метод Т-образных схем замещения ориентирован на синтез индукционных устройств и слабо пригоден для анализа сложных структур.