Линейные индукционные машины для электромагнитного воздействия на кристаллизующийся слиток

• Автор: Юрьев, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 215 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.2. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЛИНЕЙНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ МАШИНЫ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВТОРИЧНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
2.1. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ЛИНЕЙНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ МАШИНЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
2.2. КОНЕЧНО-РАЗНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ДВУМЕРНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПРЯМОУГОЛЬНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ
2.3. ПЕРЕХОД К ДЕТАЛИЗИРОВАННОЙ МАГНИТНОЙ СХЕМЕ ЗАМЕЩЕНИЯ
2.4. ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА ИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ
2.5. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛИМ
2.6. ВЫВОДЫ
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИМ |
ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО I
РАСПЛАВА
3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКОЙ ЛИМ С ДВУСТОРОННИМ ИНДУКТОРОМ
3.2. ВЛИЯНИЕ СХЕМ ОБМОТОК ИНДУКТОРОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ И СИЛ В СЛОЯХ ВЭ
3.3. ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ СЛОЕВ КРИСТАЛЛИЗАТОРА И МЕТАЛЛА
НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЛИМ
3.4. ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПИТАЮЩЕГО ТОКА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ I
ПОЛЯ
3.5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЛИМ
3.6. ВЫВОДЫ
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЕЙ
4.1. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЕЙ
4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫХ ОБРАЗЦОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЕЙ
4.3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЯ
4.4. ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Одним из направлений развития электротехнологических процессов является МГД-воздействие различного рода в металлургических технологиях. Это МГД-методы и устройства для управления течением и обработкой расплавов с использованием целенаправленного возбуждения в проводящей среде МГД-эффекта посредством приложенных извне электромагнитных полей. Сюда относятся различные типы МГД-насосов, регуляторов, вентилей и др., служащих для транспорта, дозирования, перемешивания расплавов, воздействия на структуру затвердевающего металла и т.п.
Частным применением этого метода является электромагнитное воздействие (ЭМВ) на структуру затвердевающего металла - электромагнитное перемешивание (ЭМП) в процессе кристаллизации.
Целью работы является создание и исследование линейных индукционных машин для воздействия на кристаллизующийся слиток сплава меди на основе разработанных методик расчета и опыта эксплуатации устройств данного типа.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Оценка влияния ЭМВ на структурообразование слитков из сплавов меди для условий технологии Каменск-Уральского завода по обработке цветных металлов (ОАО КУЗОЦМ).
2. Выявление конструктивных особенностей индукторов, обеспечивающих необходимое электромагнитное воздействие на кристаллизующийся слиток.
3. Совершенствование и разработка новых модификаций методик расчета характеристик электромагнитных перемешивателей.
4. Проведение и систематизация результатов физических экспериментов на лабораторных и промышленных образцах электромагнитных перемешивателей, проверка корректности полученных научных положений и методик расчета.
Научную новизну составляют следующие результаты:
1. Сформулированы основные требования к устройствам электромагнитного воздействия на кристаллизующийся слиток сплава меди, а также к математической модели, позволяющей исследовать электромагнитные процессы в таких устройствах.
2. Разработана математическая модель электромагнитного пере-мешивателя, в основу которой положена многослойная детализированная магнитная схема замещения, и отличающаяся от

известных более строгим математическим обоснованием, более широкими возможностями исследования дифференциальных характеристик (приближающимися к возможностям полевых моделей), более широким набором модификаций.
Практическая ценность заключается в следующем:
1. Исследован широкий спектр конструкций и режимов работы электромагнитных перемешивателей, на основе чего получены рекомендации по разработке и эксплуатации устройств данного типа.
2. Разработана методика расчета характеристик электромагнитных перемешивателей различного исполнения, применяемая также в учебном процессе кафедры «Электротехника и элек-тротехнологические системы» Уральского государственного технического университета и при разработке устройств ЭМВ на слиток ОАО КУЗОЦМ.
Реализация
Разработаны, рассчитаны и созданы образцы электромагнитных перемешивателей, предназначенные для ЭМП жидкой фазы кристаллизующихся слитков из сплава ЛбЗ (диаметр 163 мм) и меди М1 (108 х 108 мм). Проведены опытно-промышленные и промышленные отливки из сплава ЛбЗ и опытно-промышленные отливки из меди М1 с применением ЭМП. Разработана и внедрена в производство технологическая карта изготовления слитков из латуни ЛбЗ с применением электромагнитного перемешивания в процессе кристаллизации.
Апробация
Основные результаты доложены и обсуждены на
- научно-технической конференции с международным участием «Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств», Москва - Суздаль, 1995 г.;
- международной научно-технической конференции «Нетрадиционные электромеханические и электротехнические системы», Севастополь - Щецин, 1995 г.;
- научно-технической конференции «Вопросы совершенствования электротехнологического оборудования и электротехнологий», Екатеринбург, 1996 г.;
- научном семинаре кафедры «Электротехника и электротехно-логические системы» УГТУ, Екатеринбург, 2000 г.

2.5. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛИМ
Рассмотрим цилиндрическое индукционное устройство, например, многофазный электромагнитный перемешиватель.
На рис.2.12, а показано осевое сечение рассматриваемой конструкции. Токи в индукторе 1и и индуцированные в жидком металле /2; направлены по окружностям, а индукция магнитного поля имеет нормальную (радиальную) и тангенциальную (вертикальную) составляющие. В силу осевой симметрии задачу расчета поля можно свести к плоской, «распрямив» полуокружности в прямые (рис.2.12,б). г'-й полуви-ток индуктора превращается в прямолинейный провод с ЭДС еш, сопротивлением Лш, током гш, приложенным напряжением и, и длиной /; = щ. Полувитки соединены между собой сверхпроводящими коротко-замыкающими проводниками.