Математическое моделирование индукционных устройств для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины непрерывно литого стального слитка

• Автор: Колпакова, Наталья Алексеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕМЕШИВАТЕЛИ ЖИДКОЙ

СЕРДЦЕВИНЫ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ И МЕТОДЫ ИХ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.

1.1 Назначение и конструктивные особенности устройств.

1.2 Математическое моделирование системы индуктор слиток

с жидкой сердцевиной

1.2.1 Аналитические методы математического моделирования

системы индуктор рабочее тело

1.2.2 Численноаналитические методы.

1.2.3 Численные методы

1.3 Основные выводы по главе
2 АНАЛЮЭЛЕК1Р0МАШИ1НЫХПРДО
СИСТЕМЫ МЕТОДОМ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ Г.А. ГРИНБЕРГА.
2.1 Постановка задачи и основные допущения
2.2 Решение уравнений электромагнитного поля
2.3 Дифференциальные и интегральные характеристики системы
индуктор рабочее тело
2.4 Анализ полученных решений.
2.5 Основные выводы по главе
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
ИНДУКТОР СЛИТОК МЕТОДОМ ДИСКРЕТИЗАЦИИ СВОЙСТВ СРЕД С РАЗДЕЛЕНИЕМ ПЕРЕМЕННЫХ В ТРХМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ
3.1 Общая характеристика метода.
3.2 Двухмерная дискретная модель системы.
3.2.1 Постановка задачи и основные допущения.
3.2.2 Построение вычислительного процесса
3.3 Дискретная модель расчтной области с движущимися
средами.
3.4 Трхмерный анализ электромагнитного поля электротехнических
устройств.
3.5 Анализ параметров индукционных устройств.
3.6 Основные выводы по главе.
4 ЭКОТЕРИМЕНТАПЬНЬШ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМА1НИТНОГО
ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЯ ЖИДКОЙ СЕРДЦЕВИНЫ НЕПРЕРЫВНО ЛИТОЙ СТАЛЬНОЙ ЗАГОТОВКИ.
4.1 Общие замечания.
4.2 Описание опытнопромышленного образца электромагнитного
перемешивателя
4.3 Экспериментальные исследования электромагнитных
параметров и рабочих характеристик перемешивателя
4.4 Основные результаты и выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Работа состоит из введения, четырех разделов текста с выводами по каждому из них, заключения, списка используемых источников и приложений. Во введении обоснована актуальность темы, определены основная цель и задачи работы, отражены новизна и практическая ценность научных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, отражены вопросы апробации и достоверности полученных результатов, а также дано краткое содержание работы. В первой главе проведён обзор способов и устройств для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины стальных слитков, отливаемых на У НРС и МНЛЗ, а также способов их расчёта и проектирования. Показано, что исследование таких устройств и систем необходимо проводить комплексно, используя теоретические исследования, при помощи математических моделей совместно с экспериментальными исследованиями на физических моделях и экспериментальных установках. Во второй главе представлена обобщенная математическая модель анализа электромагнитного поля для таких индукционных устройств, как устройство для электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитков и индукционная единица с электромагнитными вращателями, реализованная на основе метода интегральных преобразований Г. А. Гринберга. При этом предполагается, что в рассматриваемых устройствах, реализованных при помощи обобщенной модели, электромагнитное поле изменяется во времени по синусоидальному закону, что предопределяет использование комплексного метода расчета. В третьей главе рассматривается применение метода дискретизации свойств сред к анализу электромагнитного поля в индукционных системах с учетом анизотропии свойств ферромагнитных материалов к движущимся средам и разработка на его основе трехмерной математической модели. Ранее рассмотренные математические модели позволяют успешно решить задачу анализа индукционного устройства при некоторых допущениях, что является необходимым для понимания отдельных физических процессов устройства. Их достоинством является общедоступность, невысокие требования к вычислительным средствам. Однако они не могут дать одновременно большинство особенностей устройств, что является их недостатком. Математическое моделирование таких устройств требует решения краевых задач, в общем случае, в трехмерной постановке. В заключении изложены выводы, отражающие основные результаты диссертационной работы. В приложении приведены акты о внедрении диссертационной работы. Автор от всего сердца благодарит за поддержку, мудрые советы, ценные замечания и оказанную помощь при написании работы заведующего кафедрой «Электротехнология и электротехника» доктора технических наук, профессора Виктора Николаевича Тимофеева, а также коллектив кафедры «Электротехнология и электротехника». В последнее время к качеству заготовок, отлитых при помощи непрерывного литья, предъявляются все более высокие требования. Особенно, эти требования должны быть выдержаны для инструментальных и высоколегированных сталей. Такой подход стимулирует создание более производительного литейного оборудования - установок непрерывной разливки стали (УНРС) и машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), снабженных дополнительными устройствами /1, 2/ для интенсификации тепломассообменных процессов в заготовках и слитках. Основными показателями, характеризующими эффективность работы этого оборудования, являются: величина безвозвратных потерь металла; расход электроэнергии; производительность установки; качество отливаемых заготовок и слитков; возможность применения надежных средств механизации и автоматизации. Важной задачей при отливке стальных высококачественных заготовок и слитков, отливаемых на МНЛЗ и УНРС, является перемешивание их жидкой сердцевины в процессе кристаллизации. Интенсификация перемешивания позволяет: улучшить физические свойства заготовок (прочность, деформируемость); осреднить химсостав легирующих добавок по сечению слитка; интенсифицировать тепломассообмен между корочкой слитка и жидкой фазой; улучшить растворение модифицирующих добавок; повысить скорость вытягивания слитка и увеличить производительность МНЛЗ и УНРС.