автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электрический миксер с комбинированным нагревом для приготовления алюминиевых сплавов

На правах рукописи

Михайлов Дмитрий Александрович

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИКСЕР С КОМБИНИРОВАННЫМ НАГРЕВОМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 ШР 2011

Красноярск 2011

4841015

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Темеров Александр Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Алиферов Александр Иванович

доктор технических наук, доцент Бронов Сергей Александрович

Ведущая организация:

ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр» (г. Красноярск)

Защита состоится «25» марта 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.06 при ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ауд. УЖ 115.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета.

Автореферат разослан «21» февраля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время основными производителями алюминиевого проката предъявляются все более высокие требования к качеству и стоимости алюминиевых сплавов, приготовление которых осуществляется в электротехнических комплексах, включающих в себя электрические печи, миксеры и внепечное оборудование. Снижение качества алюминиевых сплавов, приготавливаемых в электрических миксерах, связано с низкой стабильностью температуры расплава и высоким содержанием неметаллических включений в литье, а повышение стоимости сплавов обусловлено низкой энергетической эффективностью систем нагрева электрических миксеров и высокой стоимостью внепечного оборудования.

Для улучшения качества алюминиевых сплавов и снижения затрат на их производство, в электрических миксерах необходимо обеспечить возможность повышения равномерности температурного перепада и понижения содержания неметаллических включений в литье, а также улучшения энергетических характеристик системы нагрева. Разработка и создание электрических миксеров с комбинированным нагревом представляет качественно новый уровень в печестроении и открывает возможность получения высококачественного металла за счет комбинированного нагрева, предполагающего косвенный и прямой нагрев расплава с помощью сводового и подового электронагревателей.

Основные положения диссертационной работы разрабатывались в рамках проектов «Электрическая печь с высокой тепловой эффективностью для приготовления сплавов на основе алюминия» и «Разработка нового типа электротермического устройства для приготовления высококачественных алюминиевых сплавов» Программы развития ФГОУ ВПО Сибирский федеральный университет на 2007-2010 годы.

Вопросам проектирования электрических миксеров для приготовления алюминиевых сплавов посвящены работы А. М. Вайнберга, С. А. Фарбмана, А. Д. Свенчанского, Б. С. Громова, а также зарубежных ученых J. L. Robertson, Р. Е. Anderson, Y. J. Bhatt. Значительный вклад в исследование процессов приготовления алюминиевых сплавов в электрических миксерах внесли А. Ф. Колесниченко, В. Н. Тимофеев, А. А. Темеров, Е. А. Павлов.

Известные методики проектирования электрических миксеров не позволяют совместно анализировать электромагнитные, гидродинамические и тепловые процессы и выявлять соотношения мощностей подового и сводового электронагревателей на стадиях нагрева, выдержки и литья. Таким образом, раздельное управление интенсивностью нагрева верхних и нижних слоев расплава на основании взаимосвязанного анализа электромагнитного, гидродинамического и теплового полей для повышения энергетической эффективности миксера и качества приготавливаемых алюминиевых сплавов является актуальной задачей.

Объект исследования - электрический миксер с комбинированным нагревом для приготовления сплавов на основе алюминия.

Предметом исследования являются взаимосвязи электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов в электрическом миксере с комбинированным нагревом и разработанный на их основе алгоритм управления режимами работы системы нагрева.

Цель диссертационной работы - разработка принципов управления системой нагрева электрического миксера с комбинированным нагревом расплава на основе исследования взаимосвязей электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов для повышения энергетической эффективности устройства и качества приготавливаемых сплавов.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести анализ взаимосвязей между конструктивным исполнение систем нагрева электрических миксеров и качеством приготавливаемых в них алюминиевых сплавов.

2. Разработать математическую модель электрического миксера с комбинированным нагревом расплава, оснащенного подовым и сводовым электронагревателями прямого и косвенного нагрева, для взаимосвязанного анализа электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов при изменении основных параметров, режимов и условий работы системы нагрева.

3. Выявить зависимости изменения электрического КПД, коэффициента мощности и мощностей тепловыделения в миксере от параметров и условий работы электронагревателей, а также оценить влияние различных режимов работы системы нагрева на качество приготавливаемого расплава на стадиях нагрева, выдержки и литья.

4. Подтвердить адекватность разработанной математической модели в ходе проведения экспериментов на физической модели и опытно-промышленном образце сводового электронагревателя.

5. Разработать алгоритм управления режимами работы системы нагрева и практические рекомендации по повышению энергетической эффективности системы нагрева и улучшению качества сплавов, приготавливаемых в электрических миксерах с комбинированным нагревом.

Основная идея диссертации заключается в управлении комбинированным нагревом расплава в электрическом миксере с применением алгоритма управления режимами работы системы нагрева, разработанного на основе анализа взаимосвязей физических процессов в системе «миксер с комбинированным нагревом - расплав».

Методы исследований. В настоящей работе использованы методы теории электромагнетизма, гидродинамики, теплообмена, электрических цепей и вычислительного эксперимента, методы математического анализа и физического моделирования. Решение задачи анализа полей осуществлялось методом конечных элементов в программном комплексе АИБУЗ МиШрЫзюэ.

Основные результаты, выносимые на защиту и представляющие научную новизну:

1. Разработана математическая модель электрического миксера с комбинированным нагревом, оснащенного подовым и сводовым

электронагревателями прямого и косвенного нагрева, позволяющая осуществлять взаимосвязанный анализ электромагнитного, гидродинамического и теплового полей при реализации основных режимов работы системы нагрева на стадиях нагрева, выдержки и литья.

2. Определены зависимости электрического КПД миксера, коэффициента мощности миксера, мощностей тепловыделения в ванне, подовом и сводовом электронагревателях от параметров электронагревателей, а также зависимости изменения температурного перепада и распределения неметаллических включений по высоте ванны от режимов работы системы нагрева, которые позволяют оценивать энергетическую эффективность устройства и прогнозировать качество приготавливаемых алюминиевых сплавов.

3. Разработан алгоритм управления режимами работы системы нагрева миксера на основе анализа взаимосвязей электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов, позволяющий управлять качеством приготавливаемого алюминиевого сплава на стадиях нагрева, выдержки и литья в соответствии с заданными требованиями технологии.

Значение для теории. Определены и теоретически обоснованы принципы проектирования электрических миксеров с комбинированным нагревом расплава с подовым и сводовым электронагревателями в части моделирования и анализа воздействия комбинированного способа нагрева на электромагнитное, гидродинамическое и тепловое поля миксера на стадиях нагрева, выдержки и литья.

Практическая значимость работы состоит в том, что коэффициент мощности миксера и тепловая поверхностная мощность сводового электронагревателя повышаются с 0,17 до 0,45 и в 2 раза соответственно за счет использования новых конструкций подового (патент РФ №2371652) и сводового электронагревателей, а улучшение качества приготавливаемых сплавов достигается применением разработанного алгоритма управления режимами работы системы нагрева, позволяющего снизить температурный перепад по высоте расплава до 6,5 °С/м и содержание неметаллических включений в верхней части ванны от общего их количества до 49 %.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов математического моделирования с результатами физического моделирования и натурных экспериментов (относительная погрешность 9% и 6,12% соответственно).

Использование результатов работы осуществлялось при разработке систем нагрева электрических миксеров сопротивления ООО ЗМИ «Сиблента» (г. Красноярск), при проектировании комплекса лабораторных установок ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» (г. Красноярск), а также в учебном процессе студентов специальности 140605 «Электротехнологические установки и системы» и подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты докладывались, обсуждались и получили одобрение на следующих конференциях: Научно - техническая конференция с международным участием «Электротехника,

электромеханика, электротехнологии», Новосибирск, 2005 г.; ХШ Международная научно - практическая конференция «Современная техника и технологии», Томск, 2007 г.; Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука-третье тысячелетие», Красноярск, 2005,2008 гг.

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 14 печатных работах, в том числе в 4 статьях из перечня научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК доя опубликования результатов диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук, а также 1 патенте на изобретение РФ.

Личный вклад автора заключается в постановке и решении задач исследования, проведении экспериментов, обработке полученных данных, получении основных результатов, выносимых на защиту.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, выполнена на 162 станицах машинописного текста, содержит 130 рисунков, 8 таблиц, список использованных источников из 129 наименований и 4 приложения на 5 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и основные задачи работы, определены методы исследования, изложены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, результаты апробации работы.

В первом разделе выполнен анализ литературных источников, позволивший установить взаимосвязь между конструктивным исполнением систем нагрева и качеством сплавов, приготавливаемых в миксерах с расположением электронагревателей в подине и в миксерах с расположением электронагревателей под сводом. В процессе приготовления расплава в миксерах первого типа происходит выравнивание температуры в металле, которое сопровождается распространением неметаллических включений по всему объему ванны. Процесс приготовления расплава в миксерах, оснащенных сводовьми электронагревателями, характеризуется активным окислением поверхности расплава и повышенным температурным перепадом по высоте ванны, который достигает 90 °С/м.

Рассмотрены конструктивные особенности сводовых и подовых электронагревателей. Основными недостатками сводовых электронагревателей являются малая доля тепловой мощности, излучаемой на зеркало металла и небольшой срок эксплуатации. К недостаткам конструкции подовых электронагревателей относится зашлаковывание канальных частей неметаллическими частицами, малая механическая прочность подины и низкий коэффициент мощности, который не превышает 0,17.

Определены основные требования технологии приготовления алюминиевых сплавов в электрических миксерах. Равномерность нагрева расплава и угар металла зависят от температуры поверхности расплава, интенсивности движения масс металла и времени его приготовления на стадии нагрева. На стадии выдержки необходимо, чтобы содержание неметаллических

Рисунок 1 - Миксер с комбинированным Рисунок 2 - Подовый

нагревом емкостью 40 тонн электронагреватель

включений (окись алюминия со средней плотностью 3700 кг/м3) в верхней части ванны было наименьшим, для чего требуется производить отстаивание расплава. На стадии литья качество расплава определяется стабильностью темперного перепада и наличием неметаллических включений в литье, ввиду чего температурный перепад по высоте расплава должен не превышать 8 °С/м, температуру расплава необходимо поддерживать на уровне (695-^750) °С, а неметаллические частицы должны быть сосредоточены в области подины.

В результате анализа способов нагрева расплава было установлено, что комбинированный нагрев расплава позволяет изменять интенсивность нагрева верхних и нижних слоев расплава. Такой способ нагрева может быть реализован в миксере с комбинированньм нагревом, в котором электронагреватели располагаются под сводом и в подине (рисунок 1). Миксер предложенной конструкции включает металлический каркас 1, футеровку 2, свод 3, сводовый электронагреватель 4, подовый электронагреватель 5, а также термопары 8 и 9. Разработанный в ходе исследований подовый электронагреватель (патент РФ №2371652) состоит из изоляционного блока 2, резистивных блоков 1, токоподвода 3, первичной обмотки 4 и магнитопровода 5 (рисунок 2).

Обоснована целесообразность взаимосвязанного анализа электромагнитного, гидродинамического и теплового полей миксера с комбинированным нагревом с помощью математической модели.

Во втором разделе представлена математическая модель электрического миксера с комбинированным нагревом емкостью 40 тонн, которая позволяет взаимосвязано анализировать электромагнитное, гидродинамическое и тепловое поля системы «миксер с комбинированным нагревом - расплав» на стадии нагрева (режим работы I, нагрев подовым электронагревателем), выдержки (режим работы 2, нагрев сводовым электронагревателем) и литья (режим работы 3, нагрев подовым и сводовым электронагревателями).

Математическая модель позволяет проводить взаимосвязанный анализ электромагнитного, гидродинамического и теплового полей с изменением варьируемых параметров, основными из которых являются: высота расплава к,

размеры ванны (// и h), площадь резистивного блока Sip.6., высота резистивного блока hjp g , расстояние между резистивными блоками I и высота шлакового слоя /v,- Расчетная область включает в себя: внешнее пространство, футеровку, расплав, а также сводовый и подовый электронагреватели.

Допущения электромагнитной задачи: 1)не учитывается влияние несущественных деталей конструкции на электромагнитное поле; 2) в расчетной области отсутствуют свободные заряды; 3) расчетную область окружает среда с идеальными магнитными свойствами (м=со); 4) электромагнитное поле сосредоточено в некотором пространстве, размеры которого достаточно велики и не вносят существенного искажения; 5) абсолютная магнитная проницаемость и электропроводность всех материалов изотропны.

Электромагнитное поле описывается системой уравнений Максвелла:

гоШ = у{Ё+\ихЩ, rotË = -^, divB = О, (1)

где Н— напряжённость магнитного поля, А/м; Е - напряжённость электрического поля, В/м; В - индукция магнитного поля, Тл; t- время, скудельная электрическая проводимость, См/м; U - скорость, м/с.

Решение системы уравнений сводится к нахождению уравнений векторного потенциала и неразрывности с учетом замены В = rotA, второго допущения и применением кулоновской калибровки divA = 0 :

( ЗА А

V2A=-/xaS, div -y-^ + vxyrotA 1 = 0, (2)

где S - вектор плотности полного тока, А/м2; А - векторный потенциал, В/м-с; ца - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м.

Величины реактивной Q и активной Р мощностей, а также активных составляющих сил Лоренца FLRe используются в качестве начальных условий в тепловом и гидродинамическом расчетах и определяются как:

Q^ajH-BdV, Р = Fub^USb-BdV, (3)

¡=1 у 1=1 1=1 V

где р - электрическое сопротивление, Ом-м; со - угловая частота, рад/с.

Граничные условия определяются заданием составляющих магнитного векторного потенциала на границе расчетной области и окружающей среды:

§ = 0Д=0 (4,

Допущения гидродинамической и тепловой задач: 1) пренебрегается влиянием каркаса, летки и элементов крепежа системы нагрева на тепловые потери миксера; 2) динамическая вязкость, теплопроводность и теплоемкость расплава алюминия, а также плотность, теплопроводность и теплоемкость воздуха и слоев футеровки изотропны; 3) расплав является однородным без содержания неметаллических включений, а его поверхность свободна от шлака;

4) температура окружающей среды постоянна и неизменна во времени;

5) расплав является несжимаемой маловязкой жидкостью.

В расчетной области гидродинамической задачи турбулентные течения в ванне миксера описываются системой уравнений Навье-Стокса (5) - (7):

Р-

Р-

дЛ аг

8т

дР -

дх

дР 'ду

Шх ,

Шеу

дУг дР . _,гТ ч

Р ~ = -— + Г] ■ с1п^гас!У ) -дт дг

(5)

(6)

(7)

где, V - скорость, м/с; ул, Уу, V, - -х, -у и -2 компоненты скорости, м/с; Ух, VI, Уг - флуктуации -х, -у и -г компонент скорости; р - удельная плотность расплава, кг/м3; ?/ - эффективная вязкость расплава, Пас; ¥и, Р1у, Р,, - -х, -у и -г компоненты силы Лоренца, Н; Р - давление, Па.

Система уравнений Навье-Стокса замыкается уравнениями стандартной к-е модели турбулентности, имеющими вид:

Ш д(

р-

- р ■ сИу(У • к) = div

^ \grad к

р ■ + Р" ¿г»(У • в) =

Лт

grad е

(8) (9)

где, г)т - турбулентная вязкость расплава, Па-с; к — турбулентная кинетическая энергия, е - диссипация турбулентной кинетической энергии, С1£, С2е, 0ь -константы к-е модели турбулентности, Рк - выработка турбулентности.

В качестве граничных условий задаются касательные составляющие скоростей на стенках с учетом «прилипания» жидкости к стенкам ванны:

К.*=0- ПО)

Решение тепловой задачи сводится к нахождению температуры расплава, ограждающей футеровки и электронагревателей в каждый момент времени.

Теплообмен внутри расплава учитывается уравнениями неразрывности (11) и Фурье - Кирхгофа (12), дополненными совокупностью граничных условий (13) и (14), которые определяют теплообмен расплава со сводовым электронагревателем за счет излучения и теплопроводности и теплообмен расплава с подовым электронагревателем за счет теплопроводности:

дУх ЗУ дУг

р—-+р—-+р—- = о

дх ду дг

(И)

дТ

с-р--+ с- р

Ы И

д1Т д'Т д^Т —г +—г + —г дх2 ду2 дг

+ 2т]

((эп) 2 2 (дУ^ 2)

—- + +

1 ^;

+ Tj

дх ду

дТ_ дх

дТ дТ --+ —

ду dz

8Vr ак —1 + —г

дх dz

ду dz

dT.

дТ„

дТ„

„ . dT дТ дТ -Л-1 — + —+— дх ду dz

= -я„

dx

\

8TV | dTv | dTv дх ду dz

- + -

ду

dz

(12)

(13)

+ e-c0(Tj-T*)t (И)

где с - удельная теплоемкость расплава, Дж/(кг-°С); Т - температура расплава, °С; Tv - температура воздуха, °С; Ts„ - температура на поверхности сводового электронагревателя, °С; Тор - температура контактирующих с расплавом ограждающих поверхностей, °С; Р - удельная мощность тепловыделения, Вт/м3; X - теплопроводность расплава, Вт/(м-°С); lv - теплопроводность воздуха, Вт/(м-°С); Х0,р - теплопроводность контактирующих с расплавом ограждающих поверхностей, Вт/(м-°С); е - степень черноты поверхности расплава; со -коэффициент излучения абсолютно черного тела.

В области сводового и подового электронагревателей процесс теплообмена описывается уравнением Фурье - Кирхгофа без членов, учитывающих конвекцию, а в области футеровки теплообмен происходит за счет теплопроводности и также описывается данным уравнением, которое не содержит членов, учитывающих конвекцию и мощность тепловыделения внутренними источниками теплоты.

Граничное условие (13) определяет температурное поле на границах «футеровка - расплав» и «подовый электронагреватель - расплав» при теплообмене между расплавом и ограждающими поверхностями ванны, а граничное условие (14) определяет температурное поле на границе «сводовый электронагреватель - расплав» при теплообмене между поверхностью расплава и сводовым электронагревателем. На поверхности миксера теплообмен с окружающей средой описывается граничными условиями третьего рода:

4o.s = o:-(Tpm-Tos), (15)

где а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-°С); Tos - температура окружающей среды, °С; Tpov - температура поверхности миксера, °С.

Однозначное решение тепловой задачи определяется заданием граничных условий и вводом результатов решения электромагнитной задачи в начальный момент времени Л Также в начальный момент времени f задаются краевые условия для гидродинамической и тепловой задач: температура окружающей среды Т0 °, на поверхности кожуха Тр01°, на поверхности нагревательных элементов Т„.е° и скорости в расплаве V0, для задания которых используются результаты расчета электромагнитной задачи - распределение сил Лоренца в расплаве FLRe°.

Приведённые уравнения в полной мере описывают электромагнитное, тепловое и гидродинамическое поля, а принятые допущения позволяют с достаточной точностью воссоздать исследуемые процессы.

В третьем разделе анализируются результаты численного моделирования в системе «миксер с комбинированным нагревом - расплав».

Исследование миксера производилось при изменении следующих параметров: активная мощность сводового Pi и подового Р2 электронагревателей изменялась от 0 до 60 кВт; величина тока в нагревательных элементах сводового электронагревателя 1\ и во вторичном витке подового электронагревателя I2 изменялись соответственно в пределах (0+160) А и (0-=-1090) А; частота питающего напряжения подового электронагревателя / изменялась в пределах (2+100) Гц; коэффициент теплопроводности теплопроводного слоя сводового электронагревателя Лтс изменялся в пределах (2+7) Вт/(м-°С); расстояние между резистивными блоками I изменялось в пределах (0,1+0,7) м, толщина слоя шлака hш варьировалась в пределах (0,02+0,16) м, высота расплава h изменялась от 0 до 1,82 м, а относительное активное сопротивление RomH изменялось в диапазоне (0,32+0,98). Величина относительного сопротивления RomH определяется как:

Кш =rp6ir2, (16)

где rpg - активное сопротивление резистивного блока, Ом; г2 - активное сопротивление вторичного витка подового электронагревателя, Ом.

В результате решения задач были получены дифференциальные характеристики электромагнитного, теплового и гидродинамического полей миксера. Решение электромагнитной задачи в расчетной области сопровождалось составлением эквивалентных электрических схем замещения системы нагрева, нахождением величин сопротивлений соответствующих активных и реактивных элементов цепи, а также последующим определением значений электрического КПД и коэффициента мощности миксера для различных режимов и условий работы системы нагрева.

Анализ результатов решения электромагнитной задачи показал, что энергетические характеристики миксера в режиме работы системы нагрева 2 зависят от параметров сводового электронагревателя. В данном режиме работы электрический КПД rj3_, и коэффициент мощности cosip миксера равны соответственно 0,95 и 0,92.

В режиме работы 1 энергетические характеристики миксера зависят от параметров подового электронагревателя и сопротивления ванны с расплавом. В ходе анализа изменения активной Р и реактивной Q мощностей миксера, а также изменения активной мощности потерь Рпотерь, мощности подового электронагревателя Р2 и мощности выделяемой в расплаве Рраст, от частоты питающего напряжения / (рисунки 3 и 4), был определен диапазон частот (25+75 Гц), в котором электрический КПД цэл и коэффициент мощности cosip миксера достигают своих наибольших значений. Частота питающего напряжения была принята равной 50 Гц.

Зависимость мощности тепловыделения в слое шлака Рт, который может накапливаться на поверхности резистивных блоков, а также мощности тепловыделения в резистивных блоках Р2 от толщины слоя шлака h^,, приведены на рисунках 5 и 6 соответственно. Перераспределение мощности

тепловыделения между резистивными блоками и ванной вызвано повышением сопротивления ванны. При толщине слоя шлака в 0,16 м и концентрации окиси алюминия 30 % наблюдается понижение мощности тепловыделения в резистивных блоках на 7 %, что является причиной снижения электрического КПД миксера щол не более чем на 3 %.

На рисунке 7 показана зависимость мощности тепловыделения в расплаве Рраст от изменения расстояния между резистивными блоками / при приготовлении различных алюминиевых сплавов, а на рисунке 8 представлена зависимость электрического КПД миксера г\ш от расстояния I. Возникающие вихревые токи являются причиной роста мощности электрических потерь Рпотерь в токоподводе подового электронагревателя. При увеличении расстояния между блоками / от 0,1 м до 0,3 м тепловыделение в расплаве РраСт увеличивается на 34 %, которое сопровождается снижением коэффициента мощности соз<р на 13 % и понижением электрического КПД миксера цэл на 7 % ввиду роста мощности потерь в токоподводах и увеличения реактивного сопротивления.

На рисунках 9-10 представлены зависимости коэффициента мощности со$(р и электрического КПД г)эл миксера от относительного сопротивления подового электронагревателя Яотн при заполнении ванны расплавом на 5%, 10%, 20% и 100%. Анализ зависимостей показал, что коэффициент мощности соз<р и

Р, [кВт] О, [нВАР] 300

250 200 180 100 50 0

Л

<4 И

/

у

Р, [«Вт]

80

Рисунок 3 - Зависимость мощностей Р и 2 от частоты /

Рисунок 4 - Зависимость мощностей Р,

Рраст И Р2 ОТ ЧЭСТОТЫ/

потерь>

~ _ л

0,00 0,03 0,05 0,08 0,10 0,13 Лшц М

0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 1,шл' М

Рисунок 5 - Зависимость МОЩНОСТИ Рщл ОТ ВЫСОТЫ Ииа

Рисунок 6 - Зависимость мощности от

ВЫСОТЫ /¡шл

w

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Iм]

Рисунок 7 - Зависимость мощности Рраст от расстояния I

0,1 0,2 0,3 0,1 0,5 0,6 0,1 1, N

Рисунок 8 - Зависимость rj3J, миксера от расстояния /

0,38 0,48 0,58 0,68 0,78 0,88 [o.e.]

Рисунок 9 - Зависимость costp миксера от RomH

0,38 0,48 0,58 0,68 0,78 0,88 Rom», [o.e.]

Рисунок 10 - Зависимость г}э, миксера от R0

электрический КПД цэл миксера достигают своих максимальных значений, равных соответственно 0,45 и 0,68 при относительном сопротивлении (0,83^-0,98) o.e. и максимальном уровне расплава в ванне, однако при высоте расплава в ванне в ОД м и относительном сопротивлении менее 0,4 o.e. электрический КПД t]3Jt и коэффициента мощности costp имеют наименьшие значения, которые составляют соответственно 0,66 и 0,27, из чего следует, что для повышения энергетической эффективности миксера приготовление сплавов необходимо осуществлять при наибольшем заполнении ванны расплавом. Такой характер изменения энергетических характеристик подового электронагревателя обуславливает высокую надежность и стабильность работы миксера при различных условиях и режимах работы системы нагрева.

Ввиду того, что производительность миксера и качество расплава зависят от режимов работы системы нагрева, необходимо было решить гидродинамическую и тепловую задачи и определить значения соотношений мощностей сводового и подового электронагревателей P1IP2 на трех стадиях приготовления, при которых можно достичь наилучшего качества расплава и не понизить производительности миксера. Учитывая то, что производительность миксера определяется длительностью стадии нагрева расплава, а качество приготавливаемого сплава содержанием неметаллических включений в литье и

стабильностью температурного перепада, целевой функцией на стадии нагрева является время нагрева расплава 111а,,р(Р]1Р2)-^т\г\, целевой функцией на стадии выдержки - содержание неметаллических включений в верхней части ванны от общего их количества Weepx(P!IP2)—>mm, а на стадии литья - температурный перепад в слоях расплава и содержание неметаллических включений в верхней части ванны от общего их количества Weepx, АТрастСл (^/Рг)—>min.

Для определения значений ¿нагр? Weepx И АТрасплСЛ, В соответствии с нахождением решений целевых функций на трех стадиях, были построены зависимости изменения времени нагрева 1нагр, содержания неметаллических включений в верхней части ванны Weepx и температурного перепада АТрастсл от соотношения мощностей Р1/Р2, которое изменялось в диапазоне (0/1+1/0) (рисунок 11).

Наиболее быстрый нагрев расплава обеспечивается при соотношении мощностей и/i за счет интенсификации тепломассобменных процессов в ванне. Содержание неметаллических включений в верхней части ванны от общего их количества Weepx, определяющее качество расплава на стадии выдержки, достигает своего наименьшего значения при соотношении мощностей равном 1/0 ввиду наименьшей интенсивности конвективного движения металла при нагреве расплава сверху. На стадии литья минимум температурного перепада АТр^шСЛ наблюдается при нагреве расплава нижним и верхнем электронагревателями, когда соотношение мощностей PJP2 составляет 0,4/0,6. При этом, в диапазоне соотношений мощностей (0,4/0,6+1/0), изменение содержания неметаллических включений в верхней части ванны от общего их количества Weepx пренебрежимо мало (не более чем на 2 % при шаге мощности 0,2 o.e.). В соответствии с целевой функцией, наилучшее сочетание значений Weepx и АТрастсл наблюдается при соотношении мощностей P1IP2 равном 0,4/0,6. Ввиду этого, для достижения наибольшей производительности и наилучшего качества расплава, необходимо, чтобы соотношение мощностей P1IP2 на стадиях нагрева, выдержки и литья составляло соответственно 0/1, 1/0 и 0,4/0,6 (таблица 1).

Таблица 1 - Результаты поиска

Стадия приготовления Параметры Целевые функции

P¡, кВт Р2, кВт А ТрасплСЛ, °С Wзерх> t, мин

Нагрев 0 60 25 63 90

Выдержка 60 0 20 46,5 110

Литье 24 36 10 49 78

f,„ .иш] 1%) га

115 57,5 23

100 50 20

85 42,5 17

70 35 14

55 27,5 11

40 20 8

25 - 12,5 5

- поверхность* А слой -О—

\> •

\ >-•••......

Р ..... ргр - — < ---о- -

\

N. | ^'ркппСП

\ i J /■ \

\

0/1 0,2/0,8 0,4/0,6 0,6/0,4 0,8/0,2 ?jP, [»■М

Рисунок 11 - Изменение tHaep, АТрастСл и Weepx при различных соотношениях P¡/P2

На рисунке 12 представлен алгоритм управления режимами работы системы нагрева, разработанный в ходе анализа зависимостей распределения температурного перепада, неметаллических включений, скорости и интенсивности нагрева расплава на различных режимах работы системы нагрева на стадиях нагрева, выдержки и литья. В соответствии с алгоритмом изменение режимов работы сводового и подового электронагревателей осуществляется в зависимости от температурного перепада по высоте расплава за счет изменения отношения мощностей Р1/Р2 в диапазоне (0/1ч-1/0).

Анализ полученных характеристик в режимах работы системы нагрева 1, 2 я 3 показал, что в режиме работы 1, на стадии нагрева, максимум скоростей Утах наблюдается в непосредственной близости от поверхности резистивных блоков и на уровне летки скорость не превышает 0,38 м/с, а разогретые массы расплава активно перемещаются от подины к поверхности, вследствие чего температурный перепад АТрасг1, составляет 32 °С (рисунок 13). На стадии выдержки, в режиме работы 2, поле скоростей стабилизируется по всему объему

и максимум скоростей Утах не превышает 0,001 м/с. При этом имеет место локальный перегрев поверхностных слоев, по причине чего температурный перепад по высоте расплава АТраСпл достигает максимума равного 65 °С. В режиме работы 3, на стадии литья, поле скоростей устанавливается относительно быстро и в целом оно равномерно. При этом максимальный температурный перепад Д Траспл не превышает 12 °С, что объясняется выравниванием на уровне 0,25 м от подины тепловых потоков, которые направлены в расплав от подового и сводового электронагревателей.

Сопоставление полученных значений скоростей и известных результатов, устанавливающих связь между распределением неметаллических включений различного размера в ванне и скоростью движения металла, позволил выявить зависимости возможного распределения неметаллических включений по высоте ванны миксера. На основе анализа значений распределения скоростей в расплаве на стадии нагрева можно предположить, что содержание неметаллических включений в верхней части ванны Жверх от общего их количества будет составлять 63 %, 2/3 из которых могут составлять включения

Рисунок 12 - Структурная схема алгоритма управления

Рисунок 13 - Изменение температуры расплава Г по высоте /г

крупного размера, а на стадии выдержки неметаллические включения с относительно высокой плотностью будут сосредотачиваться в области подины. На стадии литья будет наблюдаться снижение содержания неметаллических включений в верхней части ванны Игверх от общего их количества до 49 %.

В ходе исследований на математической модели было установлено, что увеличение эффективной площади излучающей поверхности сводового электронагревателя за счет выполнения его в виде монолитного блока и повышение температуры на излучающей поверхности свода Т0.п в среднем на 80 °С (рисунок 14) вследствие выполнения излучающей поверхности из корундокарбидокремниевого бетона с коэффициентом теплопроводности Лтс равным (4+7) Вт/м-°С, позволяют в 2 раза повысить тепловую мощность, излучаемую на зеркало металла.

В четвертом разделе оценивается адекватность разработанной математической модели с помощью физической модели и опытно - промышленного образца сводового электронагревателя.

В связи с тем, что сплавы на основе алюминия имеют высокую температуру плавления и обладают повышенной химической агрессивностью, в процессе изготовления промышленных образцов электрических миксеров с алюминиевыми сплавами требуется массивная химически стойкая ограждающая футеровка. Создание такой футеровки значительно увеличивает вес узлов и, соответственно, необходимую мощность и стоимость установки. Ввиду этого, целесообразным является проведение экспериментальных исследований на масштабной физической модели с модельньм металлом, обладающим относительно низкой температурой плавления и малой химической активностью. Такая физическая модель была изготовлена при участии автора и использовалась для оценки адекватности математической модели.

На рисунке 15 представлена физическая модель миксера с комбинированным нагревом в масштабе 1:10, сводовый и подовый электронагреватели которой запитаны от источников с частотой питающего напряжения/=50 Гц. Физическая модель включает следующие основные узлы: 1 - блок управления системой нагрева; 2 - сводовый электронагреватель; 3 -короткая сеть; 4 - ванна с модельным металлом; 5 - летка и подовый электронагреватель. В качестве модельного металла используется сплав Вуда со свойствами: температура плавления Тт=19°С, электрическое сопротивление /^=43*10"8 Омм, коэффициент теплопроводности Хм=\2> Вт/(м-°С).

Обосновано, что подобие электромагнитных процессов в миксере и физической модели обеспечивается соблюдением равенства относительных электрических сопротивлений Яотн, а подобие тепловых процессов - равенства тепловых сопротивлений г,т\

Рисунок 14-Зависимость температуры поверхности Тол от температуры элементов Тн

>60

vomn0 ~ 1хотнм , ' iO

Гв0 + Грб 0 Гт + Грбм л,0

где Rom„o, RomHM ~ относительные сопротивления миксера и физической модели соответственно, o.e.; грбо, грбм - активные сопротивления резистивных блоков, Ом; гво, гвм - активные сопротивления ванны с металлом, Ом; ri0m и гы т -тепловые сопротивления г'-ых элементов миксера и физической модели соответственно, (м2-°С)/Вт; /г,-0 и hiM - характерные размеры г-ых элементов, м; Я,-оИ - коэффициенты теплопроводности z'-ых элементов, Вт/(м-°С).

На рисунке 16 приведены зависимости изменения температуры расплава Трас™ от высоты, которые были получены с помощью математической модели и в ходе экспериментов на физической модели. В режиме работы 5 наблюдалось выравнивание температуры по объему расплава и максимальный температурный перепад по высоте расплава АТрасш1 не превышал 1,6 °С при относительной погрешности измерений |ерл1| не более 19% и доверительной вероятности Р=95%. При этом относительная погрешность ерм\

т _т

(18)

' рбм

= ^ = (17)

распп _ расчет

где Траспл_шм и Траспл_расчет ~ измеренная и рассчитанная температуры, °С.

В процессе проведения экспериментов на физической модели была оценена тепловая эффективность сводового электронагревателя, огнеупорный теплопроводный слой которого был выполнен из корундового бетона (-^тс=(2+5) Вт/(м-°С)). Относительная погрешность измерений \есм\ температурного перепада в теплопроводном слое модели сводового электронагревателя АТнагр не превышала 9 % приР=95%.

Достоверность математической модели была проверена при сравнении данных математического моделирования и натурного эксперимента на опытно-промышленном образце сводового электронагревателя миксера САМ-5. При измерении температуры на излучающей поверхности относительная погрешность \ес\ не превышала 6,12 % при доверительной вероятности Р=95%.

[°С]

Рисунок 15 - Физическая модель миксера

0,01 0.05 0,00 0,11 0,14 0,17 0.2 0.23 h [М]

Рисунок 16 - Изменение температурного перепада hTpacm по высоте hM в модели

Высокая степень совпадения результатов математического моделирования и экспериментальных исследований подтверждает достоверность математической модели опытно - промышленного образца сводового электронагревателя и физической модели миксера. Это позволяет утверждать, что разработанная математическая модель будет адекватно воссоздавать электромагнитные, гидродинамические и тепловые процессы и в промышленном образце миксера с комбинированным нагревом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате решения поставленных задач было установлено, что применение электрического миксера с комбинированным нагревом, оснащенного предложенными подовым и сводовым электронагревателями, позволяет упростить технологический процесс приготовления алюминиевых сплавов, повысить равномерность температурного перепада в расплаве и управлять распределением неметаллических включений в ванне.

Для исследования миксера с комбинированным нагревом расплава была создана численная конечно-элементная математическая модели. Математическая модель позволяет учитывать взаимное влияние электромагнитного, гидродинамического и теплового полей и определять дифференциальные и интегральные характеристики как всего миксера, так и отдельных элементов конструкции при изменении основных параметров электронагревателей, уровня расплава и условий работы миксера. Использование данной математической модели позволяет выявить зависимости изменения электрического КПД, коэффициента мощности и мощности тепловыделения в миксере от характерных параметров электронагревателей и условий их работы, а также зависимости температурного перепада в расплаве и распределения неметаллических включений в ванне, определяющих стабильность и однородность состава приготавливаемого расплава на стадиях нагрева, выдержки и литья.

На основании анализа взаимосвязей изменения распределения неметаллических включений в ванне и температурного поля расплава при изменении соотношения мощностей сводового и подового электронагревателей Р1/Р2 в диапазоне (0/1+1/0), были разработаны принцип управления комбинированным нагревом в электрическом миксере и алгоритм управления режимами работы системы нагрева, который позволяет снижать содержание неметаллических включений в верхней части ванны с 63 % до 49 % от общего их количества и изменять температурный перепад по высоте расплава в пределах от 6,5 °С/м до 38 °С/м за счет перераспределения мощностей подового и сводового электронагревателей в пропорциях 0/1 на стадии нагрева, 1/0 на стадии выдержки и 0,4/0,6 на стадии литья расплава.

В ходе сравнительной оценки данных численных экспериментов и данных, полученных на опытно - промышленном образце и физической модели, подтверждена достоверность разработанной математической модели и ее

пригодность доя определения энергетических характеристик электрических миксеров с комбинированным нагревом и оценки качества сплавов.

Установлено, что применение сводового и подового электронагревателей предлагаемых конструкций позволяет повысить энергетический потенциал системы нагрева, использовать устройство в качестве миксера - копильника, устранить зашлаковывание канальной части и бурление в ванне, упростить очистку излучающей поверхности сводового электронагревателя от отложений, а также обуславливает повышение электрического КПД rjM и коэффициента мощности costp миксера, которые в течение цикла работы устройства достигают значений 0,95 и 0,92 соответственно.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук:

1. Темеров, А. А. Исследование качества алюминиевых сплавов, получаемых в миксере с комбинированным нагревом / А. А. Темеров, Д. А. Михайлов // Вестник ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2009. - № 11. - С. 80-84.

2. Михайлов, Д. А. Исследование энергетических характеристик электронагревателя конструкции «горячая» подина / Д. А. Михайлов, А. А. Темеров, Ю. В. Видин // Вестник ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2010. - № 9. - С. 18-21.

3. Темеров, А. А. Повышение надежности и энергетической эффективности систем нагрева электрических миксеров для приготовления алюминиевых сплавов / А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, Д. А. Михайлов // Вестник СибГАУ. Красноярск: СибГАУ, 2010. -№ 6 (32). - С. 150-154.

4. Темеров, А. А. К вопросу применения систем комбинированного нагрева в электрических миксерах для приготовления алюминиевых сплавов / А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, Д. А. Михайлов // Вестник СибГАУ. Красноярск: СибГАУ, 2010.-№ 6 (32).-С. 155-159.

Патент:

5. Пат. 2371652 РФ, МПК7 F 27 В 3/10, F27 D 11/04, Н 05 В 3/62. Электрическая печь для приготовления сплавов цветных металлов/ A.A. Темеров, В.Н.Тимофеев, Д. А. Михайлов (РФ). - №2008105016/02; Заявлено 11.02.08; Опубл. 27.10.09, Бюл. № 30.

Публикации в прочих изданиях:

6. Темеров, А. А Электронагреватель для миксера сопротивления / А. А. Темеров, Д. А. Михайлов // Электротехника, электромеханика и электротехнология: Материалы второй научно-технической конференции с международным участием. Новосибирск: НГТУ, 2005. - С. 221-224.

7. Михайлов, Д. А. Электронагреватель нового типа для миксера сопротивления / Д. А. Михайлов, В. В. Гаврилов, А. А. Темеров // Молодежь и наука - третье тысячелетие: Сборник материалов Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск: БОТУ, 2005. - С. 424-427.

8. Михайлов, Д. А. Исследование распределения температуры в металлическом электроде / Д. А. Михайлов, А. А. Темеров, К. А. Михайлов, А. К. Федюкович // Молодежь и наука - третье тысячелетие: Сборник материалов Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск: КГТУ, 2006. - С. 435-442.

9. Михайлов, Д. А. Исследование влияния диаметра каналов индукционной единицы на коэффициент мощности ИКП / Д. А. Михайлов, К. А. Михайлов // Молодежь и наука: начало XXI века: Сборник материалов Всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск: СФУ, 2007. - 4.4. - С. 162-163.

10. Михайлов, Д. А. Определение тепловой эффективности карбидокремниевых нагревателей, используемых в электротермических устройствах для приготовления алюминиевых сплавов / Д. А. Михайлов, К. А. Михайлов // Молодежь и наука: начало XXI века: Сборник материалов Всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск: СФУ, 2007. - 4.1. - С. 247-249.

11. Михайлов, Д. А. Исследование влияния диаметра каналов индукционной единицы на коэффициент мощности ИКП / Д. А. Михайлов, К. А. Михайлов // Молодежь и наука: начало XXI века: Сборник материалов Всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск: СФУ, 2007. - Ч. 1. - С. 235-236.

12. Михайлов, Д. А. Исследование применения высокоогнеупорных материалов в качестве нагревательных элементов / Д. А. Михайлов, К. А. Михайлов, А. А. Темеров // Современные техника и технологии: Материалы XIII международной научно - практической конференции. Томск: ТПУ, 2007. - С. 233-235.

13. Михайлов, Д. А. Повышение надежности конструкции канальной электропечи для получения сплавов на основе алюминия / Д. А. Михайлов, А. А. Темеров, Е. М. Толстихин // Молодежь и наука: начало XXI века: Сборник материалов Всероссийской научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Красноярск: СФУ, 2008. - Ч. 1. - С. 267-271.

14. Михайлов, Д. А. Применение карбида кремния в качестве подового электронагревателя электрической печи / Е. М. Толстихин, Д. А. Михайлов, А. А. Темеров // Современные техника и технологии: Материалы XIV международной научно - практической конференции. Томск: ТПУ, 2008. - С. 408-410.

Подписано в печать /У ¿2=?- ¿ОН.

Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1,2 Тираж 100 экз. Заказ № Я203

^ Отпечатано: Полиграфический центр Библиотечно-издательского комплекса СФУ 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИКСЕР С КОМБИНИРОВАННЫМ НАГРЕВОМ

1.1 Общие сведения.

1.2 Конструктивные особенности и особенности приготовления сплавов на основе алюминия в индукционных канальных миксерах.

1.2.1 Конструкция индукционных канальных миксеров.

1.2.2 Особенности приготовления алюминиевых сплавов в индукционных канальных миксерах.

1.2.3 Конструктивные особенности систем нагрева индукционных канальных миксеров.

1.3 Конструктивные особенности и особенности приготовления сплавов на основе алюминия в миксерах сопротивления.

1.3.1 Конструкция миксеров сопротивления.

1.3.2 Особенности приготовления алюминиевых сплавов в миксерах сопротивления

1.3.3 Конструктивные особенности систем нагрева миксеров сопротивления

1.4 Требования технологии приготовления сплавов на основе алюминия

1.5 Требования, предъявляемые к конструкциям систем нагрева электрических миксеров.

1.6 Обзор конструкций миксеров с комбинированным нагревом.

1.7 Электрический миксер с комбинированным нагревом.

1.8 Метод расчета миксера с комбинированным нагревом.

1.9 Выводы по разделу.

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МИКСЕРА С КОМБИНИРОВАННЫМ НАГРЕВОМ.

2.1 Постановка задачи и основные допущения.

2.2 Математическая модель электромагнитной задачи.

2.3 Система уравнений электромагнитной задачи.

2.4 Математическая модель гидродинамической и тепловой задач.

2.5 Система уравнений гидродинамической и тепловой задач.

2.6 Алгоритм решения электромагнитной, гидродинамической и тепловой задач в электрическом миксере с комбинированным нагревом.

2.7 Выводы по разделу.

3 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.

3.1 Анализ характеристик электромагнитного поля миксера с комбинированным нагревом.

3.1.1 Дифференциальные характеристики.

3.1.2 Интегральные характеристики.

3.2 Анализ характеристик гидродинамического и теплового полей миксера с комбинированным нагревом.

3.2.1 Дифференциальные характеристики.

3.2.2 Интегральные характеристики.

3.3 Выводы по разделу.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МИКСЕРА С КОМБИНИРОВАННЫМ НАГРЕВОМ И ПРОМЫШЛЕННОМ АГРЕГАТЕ.

4.1 Общие замечания.

4.2 Физическая модель миксера с комбинированным нагревом.

4.3 Измерение температуры и регулирование мощности на физической модели.

4.4 Система нагрева физической модели.

4.5 Результаты экспериментальных исследований на физической модели

4.6 Математическое моделирование процессов в физической модели.

4.7 Определение тепловой эффективности сводового электронагревателя на физической модели и промышленном образце.

4.8 Выводы по разделу.

В последнее время основными потребителями алюминиевых сплавов предъявляются все более высокие требования к качеству производимой продукции. Повышение качества продукции и энергоэффективности технологического оборудования являются важнейшими задачами, стоящими перед металлургическими предприятиями. Одним из наиболее перспективных путей решения поставленных задач является создание устройств, способных удовлетворить требованиям технологии приготовления расплава и обеспечить высокий уровень энергетических показателей и надежности в процессе их эксплуатации.

На сегодняшний день приготовление алюминиевых сплавов осуществляется в электрических миксерах с последующим повышением его качества на дорогостоящем внепечном оборудовании. Снижение качества алюминиевых сплавов, приготавливаемых в электрических миксерах, вызвано рядом побочных эффектов, сопутствующих процессу нагрева расплава. Кроме этого, системы электронагрева электрических миксеров обладают определенными конструктивными недостатками, обуславливающих малую эксплуатационную надежность и низкую энергетическую эффективность [40, 75, 108, 110].

Анализ проблемы повышения качества показывает, что технология приготовления алюминиевых сплавов должна обеспечивать возможность управления температурным полем расплава, а также содержанием неметаллических включений и водорода по всему объему расплава на каждой стадии его приготовления [17, 75].

В настоящее время широкое распространение получает приготовление качественных сплавов в миксерах, оснащенных системами комбинированного электронагрева различного типа, реализующих принцип раздельного регулирования процесса нагрева верхней и нижней частей расплава. При этом повышения энергетической эффективности и эксплуатационной надежности системы электронагрева возможно за счет создания новых конструкций подовых и сводовых электронагревателей и применения алгоритмов управления режимами работы системы нагрева, разработанных на основе взаимосвязанного анализа электромагнитного, гидродинамического и теплового полей.

Основные положения данной работы разрабатывались в рамках проектов «Электрическая печь с высокой тепловой эффективностью для приготовления сплавов на основе алюминия» и «Разработка нового типа электротермического устройства для приготовления высококачественных алюминиевых сплавов» Программы развития ФГОУ ВПО Сибирский федеральный университет на 2007-2010 годы.

Большой вклад в развитие теории проектирования индукционных канальных печей внесли такие известные исследователи, как А. М. Вайнберг., С. А. Фарбман, а также специалисты по магнитной гидродинамике А. Ф. Колесниченко и В.И.Блинов [24, 27, 52, 119]. В развитие теории проектирования электрических печей сопротивления — А. Д. Свенчанский, Б. С. Громов, а также зарубежные ученые J. L. Robertson, Р. Е. Anderson, Y. J. Bhatt. Большой вклад в исследование процессов приготовления алюминиевых сплавов в электрических миксерах внесли А. Ф. Колесниченко, Тимофеев В. Н., Хоменков П. А., А. А. Темеров, Е.А.Павлов [36, 101, 111, 113, 123]. Также следует отметить вклад коллектива ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики», который целенаправленно в течении ряда лет занимается разработкой и внедрением электрических миксеров сопротивления.

Известные методики проектирования электрических миксеров имеют ряд упрощений в расчетных моделях и не позволяют проводить взаимосвязанный анализ электромагнитного, гидродинамического и теплового полей на различных режимах работы системы нагрева, по причине чего определение энергетических характеристик электрического миксера с комбинированным нагревом и оценка влияния режимов работы системы нагрева на качество приготавливаемого расплава являются актуальными задачами. Вторым существенным недостатком существующих методик является их однонаправленность, т.е. при нестационарных процессах методы расчета не учитывают влияние расплава на теплотехническое состояние систем электронагрева, а методики расчета, в свою очередь, не учитывают влияние систем электронагрева на расплав, что приводит к возникновению определенных погрешностей [35, 113].

Наиболее полное представление о электротермических процессах в электрических миксерах можно получить в ходе математического и физического моделирования с применением трехмерных численных математических и масштабных физических моделей [61, 63].

Объект исследования - электрический миксер с комбинированным нагревом для приготовления сплавов на основе алюминия.

Предметом исследования являются взаимосвязи электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов в электрическом миксере с комбинированным нагревом и разработанный на их основе алгоритм управления режимами работы системы нагрева.

Цель диссертационной работы - разработка принципов управления системой нагрева электрического миксера с комбинированным нагревом расплава на основе исследования взаимосвязей электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов для повышения энергетической эффективности устройства и качества приготавливаемых сплавов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Провести анализ взаимосвязей между конструктивным исполнение систем нагрева электрических миксеров и качеством приготавливаемых в них алюминиевых сплавов.

- Разработать математическую модель электрического миксера с комбинированным нагревом расплава, оснащенного подовым и сводовым электронагревателями прямого и косвенного нагрева, для взаимосвязанного анализа электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов при изменении основных параметров, режимов и условий работы системы нагрева.

- Выявить зависимости изменения электрического КПД, коэффициента мощности и мощностей тепловыделения в миксере от параметров и условий работы электронагревателей, а также оценить влияние различных режимов работы системы нагрева на качество приготавливаемого расплава на стадиях нагрева, выдержки и литья.

- Подтвердить адекватность разработанной математической модели в ходе проведения экспериментов на физической модели и опытно-промышленном образце сводового электронагревателя.

- Разработать алгоритм управления режимами работы системы нагрева и практические рекомендации по повышению энергетической эффективности системы нагрева и улучшению качества сплавов, приготавливаемых в электрических миксерах с комбинированным нагревом.

Основная идея диссертации заключается в управлении комбинированным нагревом расплава в электрическом миксере с применением алгоритма управления режимами работы системы нагрева, разработанного на основе анализа взаимосвязей физических процессов в системе «миксер с комбинированным нагревом - расплав».

Методы исследования. В настоящей работе использованы методы теории электромагнетизма, гидродинамики, теплообмена, электрических цепей и вычислительного эксперимента, методы математического анализа и физического моделирования. Решение задачи анализа полей осуществлялось методом конечных элементов в программном комплексе ANS YS Multiphisics.

Основные результаты, выносимые на защиту и представляющие научную новизну:

1. Разработана математическая модель электрического миксера с комбинированным нагревом, оснащенного подовым и сводовым электронагревателями прямого и косвенного нагрева, позволяющая осуществлять взаимосвязанный анализ электромагнитного, гидродинамического и теплового полей при реализации основных режимов работы системы нагрева на стадиях нагрева, выдержки и литья.

2. Определены зависимости электрического КПД миксера, коэффициента мощности миксера, мощностей тепловыделения в ванне, подовом и сводовом электронагревателях от параметров электронагревателей, а также зависимости изменения температурного перепада и распределения неметаллических включений по высоте ванны от режимов работы системы нагрева, которые позволяют оценивать энергетическую эффективность устройства и прогнозировать качество приготавливаемых алюминиевых сплавов.

3. Разработан алгоритм управления режимами работы системы нагрева миксера на основе анализа взаимосвязей электромагнитных, гидродинамических и тепловых процессов, позволяющий управлять качеством приготавливаемого алюминиевого сплава на стадиях нагрева, выдержки и литья в соответствии с заданными требованиями технологии.

Значение для теории. Определены и теоретически обоснованы принципы проектирования электрических миксеров с комбинированным нагревом расплава с подовым и сводовым электронагревателями в части моделирования и анализа воздействия комбинированного способа нагрева на электромагнитное, гидродинамическое и тепловое поля миксера на стадиях нагрева, выдержки и литья.

Практическая значимость работы состоит в том, что коэффициент мощности миксера и тепловая поверхностная мощность сводового электронагревателя повышаются с 0,17 до 0,45 и в 2 раза соответственно за счет использования новых конструкций подового (патент РФ №2371652) и сводового электронагревателей, а улучшение качества приготавливаемых сплавов достигается применением разработанного алгоритма управления режимами работы системы нагрева, позволяющего снизить температурный перепад по высоте расплава до 6,5 °С/м и содержание неметаллических включений в верхней части ванны от общего их количества до 49 %.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов математического моделирования с результатами физического моделирования и натурных экспериментов (относительная погрешность 9 % и 6,12 % соответственно).

Использование результатов работы осуществлялось при разработке систем нагрева электрических миксеров сопротивления ООО ЗМИ «Сиблента» (г. Красноярск), при проектировании комплекса лабораторных установок ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» (г. Красноярск), а также в учебном процессе студентов специальности 140605

Электротехнологические установки и системы» и подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты докладывались, обсуждались и получили одобрение на следующих конференциях: Научно - техническая конференция с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнологии», Новосибирск, 2005 г.; XIII Международная научно - практическая конференция «Современная техника и технологии», Томск, 2007 г.; Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука - третье тысячелетие», Красноярск, 2005, 2008 гг.

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 14 печатных работах, в том числе в 4 статьях из перечня научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук, а также 1 патенте на изобретение РФ.

Личный вклад автора заключается в постановке и решении задач исследования, проведении экспериментов, обработке полученных данных, получении основных результатов, выносимых на защиту.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, выполнена на 162 станицах машинописного текста, содержит 130 рисунков, 8 таблиц, список использованных источников из 129 наименований и 4 приложения на 5 страницах.

4.8 Выводы по разделу

Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных, полученных в ходе экспериментов на физической модели и промышленном агрегате, подтвердил достоверность разработанной математической модели и алгоритма управления режимами работы системы нагрева миксере с комбинированным нагревом на стадиях нагрева, выдержки и литья. На основании результатов физического моделирования были предложены алгоритмы работы электронагревателей миксера с комбинированным нагревом для режимов работы системы нагрева 1,2 и 3, применение которых позволит повысить срок службы электронагревателей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате решения поставленных задач было установлено, что применение электрического миксера с комбинированным нагревом, оснащенного предложенными подовым и сводовым электронагревателями, позволяет упростить технологический процесс приготовления алюминиевых сплавов, повысить равномерность температурного перепада в расплаве и управлять распределением неметаллических включений в ванне.

Для исследования миксера с комбинированным нагревом расплава была создана численная конечно-элементная математическая модели. Математическая модель позволяет учитывать взаимное влияние электромагнитного, гидродинамического и теплового полей и определять дифференциальные и интегральные характеристики как всего миксера, так и отдельных элементов конструкции при изменении основных параметров электронагревателей, уровня расплава и условий работы миксера. Использование данной математической модели позволяет выявить зависимости изменения электрического КПД, коэффициента мощности и мощности тепловыделения в миксере от характерных параметров электронагревателей и условий их работы, а также зависимости температурного перепада в расплаве и распределения неметаллических включений в ванне, определяющих стабильность и однородность состава приготавливаемого расплава на стадиях нагрева, выдержки и литья.

На основании анализа взаимосвязей изменения распределения неметаллических включений в ванне и температурного поля расплава при изменении соотношения мощностей сводового и подового электронагревателей Р/Р? в диапазоне (0/1^-1/0), были разработаны принцип управления комбинированным нагревом в электрическом миксере и алгоритм управления режимами работы системы нагрева, который позволяет снижать содержание неметаллических включений в верхней части ванны с 63 % до 49 % от общего их количества и изменять температурный перепад по высоте расплава в пределах от 6,5 °С/м до 38 °С/м за счет перераспределения мощностей подового и сводового электронагревателей в пропорциях 0/1 на стадии нагрева, 1/0 на стадии выдержки и 0,4/0,6 на стадии литья расплава.

В ходе сравнительной оценки данных численных экспериментов и данных, полученных на опытно — промышленном образце и физической модели, подтверждена достоверность разработанной математической модели и ее пригодность для определения энергетических характеристик электрических миксеров с комбинированным нагревом и оценки качества сплавов.

Установлено, что применение сводового и подового электронагревателей предлагаемых конструкций позволяет повысить энергетический потенциал системы нагрева, использовать устройство в качестве миксера — копильника, устранить зашлаковывание канальной части и бурление в ванне, упростить очистку излучающей поверхности сводового электронагревателя от отложений, а также обуславливает повышение электрического КПД г}эл и коэффициента мощности сожр миксера, которые в течение цикла работы устройства достигают значений 0,95 и 0,92 соответственно.

1. Extruded and Welded tubes. Каталог 6-B-2. KANTIIAL. Hallstahammar, Sweden, 2001.- 13 p.

2. Ferziger, J. H. Computational Methods for Fluid Dynamics / J. H. Ferziger, M. Peric. // New York: Springer, 2002. 434 p.

3. Investigation of KANTHAL Tubothal: Investigation report / «Kanthal АВ». Reg. no. E07032. Hallstahammar, Sweden, February 28, 2007. - 9 p.

4. Kolesnichenko, I. Vortical flow of conducting fluid driven by an alternating magnetic field in a plane channel / I. Kolesnichenko, R. Khalilov, S. Khripchenko e.a. // Magnetohydrodynamics, Salaspils, Institute of Physics, 2007 Vol. 43. - P. 51-58.

5. Peyret, R. Handbook of computational fluid mechanics / R. Peyret. // London: Academic Press, 2004. 467 p.

6. Resistance Heating Alloys and System for Industrial Furnaces. Каталог 1-A-5B. KANTHAL. Hallstahammar, Sweden, 2001. 38 p.

7. Tama, M. Development of Channel-Type Induction Furnaces / В. M. Tama //31 Elektrofirme International Die Konferenz, Hannover, Deutchland, September 07-12, 1973.-P. 231-235.

8. Versteeg, H. K. An Introduction to computational fluid dynamics: The finite volume methods approach / H. K. Versteeg, W. Malalasekera. // New York: Longman Scientific & Technical, 1996. 257 p.

9. Volakis, J. L. Finite Element Method for Electromagnetics IEEE / J. L. Volakis, A. Chatterjee, L. C. Kempel // New York: Wiley-IEEE Press, 1998. -368 p.

10. Zienkiewicz, О. C. The finite element method. Vol. 1: The basis / О. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor. // Woburn: Butterwort-Heinemann, 2000. 712 p.

11. Алференок, А. А. Разработка индукционной канальной печи с управлением движением расплава в канале: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.09.10 / А. А. Алференок; Моск. энергетич. инс-т.; рук. работы А. Б. Кувалдин. Челябинск, 2009. - 16 с.

12. Альтгаузен, А. П. Электротермическое оборудование: Справочник / А. П. Альтгаузен. М.: Энергия, 1967. - 488 с.

13. Альтман, М. Б. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справ, изд. / М. Б. Альтман, А. Д. Андреев, Г. А. Балаховцев и др. — М.: Металлургия, 1970.-416 с.

14. Андреев, А. Д. Высокопроизводительная плавка алюминиевых сплавов / А. Д. Андреев, В. Б. Гогин, Г. С. Макаров. М.: Металлургия, 1980. - 136 с.

15. Анищенко, JI. М. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов / Л. М. Анищенко, С. Ю. Лавренюк. М.: Наука, 1986. - 342 с.

16. Арефьев, А. В. Интенсификация тепло- и массобмена в индукционных канальных печах / А. В. Арефьев, И. Э. Буцениекс, М. Я. Левина и др. -Препринт, Саласпилс: ИФ АН Латв. ССР, 1981. 48 с.

17. Арутюнов, В. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей / В. А. Арутюнов, В. В. Бухмиров, С. А. Крупенников. М.: Металлургия, 1990. - 239 с.

18. Бабат, Г. И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение / Г. И. Бабат. — М.: Энергия, 1965. 522 с.

19. Бахвалов, Н. С. Численные методы /Н. С. Бахвалов, Н.П.Жидков, Г. М. Кобельков. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. - 632 с.

20. Белавин, Ю. А. Трубчатые электрические нагреватели и установки с их применением / Ю. А. Белавин, М. А. Евстигнеев, А. Н. Чернявский. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 160 с.

21. Блинов, В. И. Полидисперсное МГД течение с коагуляцией частиц в каналах индукционных печей для приготовления алюминиевых сплавов / В. И. Блинов, Л. В. Галиева, Ю. М. Гориславец и др. — Препринт, Киев: ИЭД АН УССР, 1966.-27 с.

22. Бояков, С. А. Электромагнитное поле и усилия в каналах индукционной печи для плавления алюминиевых сплавов / С. А. Бояко, Ю. М. Гориславец, Л. А. Карацуба и др. Препринт, Киев: ИЭД АН УССР, 1986.-47 с.

23. Буцениек, И. Э. Физические основы МГД и тепловых явлений в индукционных канальных печах / И. Э. Буцениекс, М. Я. Левина, М. Я. Столов и др. Препринт, Саласпилс: ИФ АН Латв. ССР, 1980. - 47 с.

24. Вайнберг, А. М. Индукционные плавильные печи / А. М. Вайнберг. -М.: Энергия, 1967.-415 с.

25. Видин Ю. В. Некоторые пути повышения тепловой эффективности алюминиевых печей копильников. Ю. В. Видин, А. А. Темеров, А. К. Федюкович и др. // Теплообмен и гидродинамика: сб. науч. тр. -Красноярск: КПИ, 1976. - №4. - с. 44-48.

26. Галевский, Г. В. Металлургия вторичного алюминия: Учебн. пособие для вузов / Г. В. Галевский, Н. М. Кулагин, М. Я. Минцис. — Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. 289 с.

27. Герасимов, Е. П. Жаростойкие бетоны для электропечей / Е. П. Герасимов, В. М. Мартынов, В. С. Сасса. М.: Энергия, 1969. - 144 с.

28. Герасимова, Е. А. Карбидкремниевые огнеупоры со сложными кремнеземсодержащими связками: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.17.11 / Е. А. Герасимова; Моск.хим.-технол.ин-т им. Д. И. Менделеева; рук. работы И. Я. Гузман. Москва, 1991. - 17 с.

29. Глинков, Г. М. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов / Г. М. Глинков, В. А. Маковский, С. Л. Лотман и др. -М.: Металлургия, 1986. 352 с.

30. Гнесин Г. Г. Карбидокремниевые материалы / Г. Г. Гнесин. — М.: Металлургия, 1977. — 216 с.

31. Гогин, В. Б. Исследование кинетики процесса дегазации нейтральными газами / В. Б. Гогин, Г. В. Черепок // Технология легких сплавов. М.: ВИЛС, 1971. - № 5. - С.32-35.

32. Громов, Б. С. Тепловые процессы в электролизерах и миксерах алюминиевого производства / Б. С. Громов. — М.: Руда и металлы, 1998. — 256 с.

33. Гутман, М. Б. Расчет и проектирование нагревателей электропечей сопротивления / М. Б. Гутман, Г. К. Рубин М.: Энергия, 1966. - 101 с.

34. Гутман, М. Б. Срок службы нагревательных элементов из железо-хромалюминиевых сплавов сопротивления в воздушной атмосфере. М. Б. Гутман, А. Б. Плоткин, Ю. В. Шумков // Труды ВНИИ ЭТО: сб. науч. тр.-М.: Энергоиздат, 1981. №11. - С. 3-14.

35. Демирчян, К. С. Численные расчеты электромагнитных полей: уч. пособ. для эл.техн. и энерг. спец. вузов. / К. С. Демирчян, В. Л. Чечурин. -М.: Высш. шк., 1986. 240 с.

36. Добаткин, В. И. Газы и окислы в алюминиевых деформируемых сплавах: Науч. изд. / В. И. Добаткин. М.: Металлургия, 1976. - 240 с.

37. Дымов, Г. Д. Выбор типа плавильной печи для производства алюминиевых деформируемых сплавов / Г. Д. Дымов, Г. В. Черепок // Цветные металлы. М.: ИД «Руда и металлы», 1983. - №6 — С. 61-67.

38. Дымов, Г. Д. Окисление жидкого алюминия и его сплавов // Технология легких сплавов / Г. Д. Дымов, Г. В. Черепок // Технология легких сплавов. М.: ВИЛС, 1964. - № 5. - С.38-42.

39. Жуков, Л. Л. Сплавы для нагревателей / Л. Л. Жуков, И. М. Племянникова, М. Н. Миронова и др. М.: Металлургия, 1985. - 144 с.

40. Залкинд, И. Я. Огнеупоры и шлаки в металлургии / И. Я. Залкинд, Ю. В. Троянкин. -М.: Металлургиздат, 1964. 228 с.

41. Исидоров, Э. А. Интенсификация производства алюминия и его сплавов с помощью МГД методов и устройств / Э. А. Исидоров, В. Г. Сиротенко // 9 Рижское совещание по МГД: сб. науч. тр. - Рига: Зинатне, 1984.-С. 143-146.

42. Исследование электромагнитных и тепловых параметров и совершенствование индукционных единиц печей и миксеров для приготовления алюминиевых сплавов: Отчет о НИР / ИЭД АН УССР, «Красноярский металлургический завод». № Е48011. Киев Красноярск, 1985.-70 с.

43. Казанцев, Е. И. Промышленные печи: справ, руководство для расчетов и проектирования / Е. И. Казанцев. М.: Металлургия, 1975. - 367 с.

44. Кацевич, Л. С. Расчет и конструирование электрических печей / Л. С. Кацевич. М.: Госэнергоиздат, 1961. - 240 с.

45. Колесниченко, А. Ф. Технологические МГД установки и процессы /

46. A. Ф. Колесниченко. Киев: Наукова думка, 1980. - 192 с.

47. Коротков, М. Я. Перспективы развития индукционной плавки алюминия и его сплавов в канальных печах / М. Я. Коротков, В. Е. Булыгин,

48. B. В. Стефанов // Технология легких сплавов. М.: ВИЛС, 1980. - № 5. —1. C.55-58.

49. Котов, К. И. Автоматическое регулирование и регуляторы / К. И. Котов, М. А. Шершевер. М.: Металлургия, 1987. - 381 с.

50. Кузнецов, А. Н. Управление циркуляцией расплава в каналах индукционных плавильных печей / А. Н. Кузнецов, А. А. Темеров // Технология легких сплавов. М.: ВИЛС, 1990. - № 9. - С.22-24.

51. Купряков, Ю. П. Шахтная плавка вторичного сырья цветных металлов / Ю. П. Купряков. М: ЦНИИцвет экономики и информации, 1995. - 164 с.

52. Лисиенко, В. Г. Плавильные агрегаты: теплотехника, управление и экология: справочное изд. / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, М. Г. Ладыгичев. М.: Металлургия, 2005. - 560 с.

53. Лыков, А. В. Тепломассобмен / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1971. — 560 с

54. Макаров, Г. С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами / Г. С. Макаров. М.: Металлургия, 1983. - 120 с.

55. Марков, Б. Л. Физическое моделирование в металлургии / Б. Л. Марков, А. А. Кирсанов. М.: Металлургия, 1984. - 304 с.

56. Мастрюков, Б. С. Расчеты металлургических печей / Б. С. Мастрюков. -М.: Машиностроение, 1986. 272 с.

57. Михайлов, Д. А. Исследование применения высокоогнеупорных материалов в качестве нагревательных элементов / Д. А. Михайлов, К. А. Михайлов, А. А. Темеров // Современные техника и технологии:

58. Материалы XIII международной научно практической конференции. Томск: ТПУ, 2007. - С. 233-235.

59. Михайлов, Д. А. Исследование энергетических характеристик электронагревателя конструкции «горячая» подина / Д. А. Михайлов, А. А. Темеров, Ю. В. Видин // Вестник ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2010. № 9. -С. 18-21.

60. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. -М.: Энергия, 1977. 344 с.

61. Мороз, В. И. Защита от окисления сталей и сплавов / В. И. Мороз, Н. А. Патрина. Киев: Наукова думка, 1971. - 273 с.

62. Москвитин, В. И. Металлургия легких металлов / В. И. Москвитин, И. В. Николаев, Б. А. Фомин. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 416 с.

63. Напалков, В. И. Непрерывное литье алюминиевых сплавов / В. И. Напалков, Г. В. Черепок, С. В. Махов и др. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 512 с.

64. Оптимизация тепловых процессов в индукционных канальных печах: Отчет о НИР / Красноярский политехи, ин-т. № ГР79033271. Красноярск, 1981.-72 с.

65. Пат. 24074 ГДР, МПК7 F27D 11/00, F27D 11/06. Einrichtung zum inductiven Beheizen von geschmolzenem Metall/ R. Birnstein, E Frobisch (ГДР). -№185942, Заявлено 12.05.1975; Опубл. 02.02.1977.

66. Пат. 201173691 КНР, МПК7 F27B14/00, F27B14/12. Gas and electricity dual-purpose aluminium alloy melting liquor heat-insulating furnace/ RONGZHANG LIU (КНР). №200820054733.3; Заявлено 15.01.2008; Опубл. 31.12.2008.

67. Пат. 2235446 РФ, МПК7 F 27 D 11/12; Н 05 В 6/34; Н 02 К 44/00. Отъемная индукционная единица/ Е. А. Головенко, В. Н Тимофеев (РФ). -№2002116306, Заявлено 17.06.2002; Опубл. 11.02.2004, Бюл. № 4.

68. Пат. 2371652 РФ, МПК7 F 27 В 3/10, F27 D U/04, Н 05 В 3/62. Электрическая печь для приготовления сплавов цветных металлов/ А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, Д. А. Михайлов (РФ). № 2008105016/02; Заявлено 11.02.08; Опубл. 27.10.09, Бюл. № 30.

69. Пат. 32953 РФ, МПК7 Н 05В 3/46, Н 05В 3/48, Н 05В 3/64. Электронагреватель/ А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, П. А. Хоменков (РФ). -№2003113452; Заявлено 07.05.2003; Опубл. 27.09.2003, Бюл. № 27.

70. Пат. 38915 РФ, МПК7 F 27 D 1/02. Электрический миксер для приготовления алюминия и его сплавов/ А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, П. А. Хоменков, А. В. Богданчиков. №2004106958/20; Заявлено 09.03.2004; Опубл. 10.07.2004, Бюл. № 19.

71. Пат. 6516868 США, МПК7 B22D 41/00. Molten metal holder furnace and casting system incorporating the molten metal holder furnace/ J. Kinosz Michael, N. Meyer Thomas (США). №2002/0096307, Заявлено 25.07.2002; Опубл. 11.02.2003.

72. Пат. 9533964 Великобритания, МПК7 F27B14/06; F27B14/08; F27B14/14; F27D1/00; F27D17/00; F27B14/00; F27D1/00; F27D17/00. FURNACES AND LINING/ R THOMAS (Великобритания). №9411489.9; Заявлено 08.06.1994; Опубл. 14.12.1995.

73. Пат. 9716051 Норвегия, МПК7 Н05В 3/10, Н05В 3/62. Electric heating element/ N Skreien (Норвегия). №N019950004252; Заявлено 25.10.1995; Опубл. 01.05.1997.

74. Полищук, Я. А. Автоматизация температурного режима в электрических печах / Я. А. Полищук. М.: Энергия, 1966. - 234 с.

75. Прохоров, А. М. Физическая энциклопедия. / А. М. Прохоров. М.: Наука, 1998.-3500 с.

76. Разработка промышленного электронагревателя с высокой степенью надежности, относительно существующих, для электрических миксеровсопротивления: Отчет о НИР / ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики». №03/031 от 12.03.2003. Красноярск, 2003. - 68 с.

77. Рафалович, И. М. Теплопередача в расплавах, растворах и футеровке печей и аппаратов / И. М. Рафалович. М.: Энергия, 1977. - 303 с.

78. Романов, Д. И. Электроконтактный нагрев / Д. И. Романов. М.: Машиностроение, 1981. - 168 с.

79. Рубин, Г. К. Электропечи с нагревателями из дисилицида молибдена / Г. К. Рубин, А. П. Слободской, Т. Д. Тимофеева. М.: Энергия, 1964. - 64 с.

80. Сарапулов, Ф. Н. Плавильные комплексы на основе индукционных тигельных печей и их математическое моделирование: Учеб. пособие / Ф. Н. Сарапулов, С. Ф. Сарапулов, П. Шмычак. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 431 с.

81. Сасса В. С. Футеровка индукционных электропечей / B.C. Сасса. М.: Металлургия, 1989. - 231 с.

82. Свенчанский, А. Д. Автоматическое регулирование электрических печей / А. Д. Свенчанский, К. Д. Гуттерман. М.: Энергия, 1969. — 144 с.

83. Свенчанский, А. Д. Электрические промышленные печи / А. Д. Свенчанский. М.: Энергия, 1975.-384 с.

84. Сизов, В. И. Огнеупорные массы, бетоны и изделия для футеровок агрегатов плавки алюминия /В. И. Сизов, А. М. Гороховский, Е. В. Беклемышев и др. // Алюминий Сибири 2008: сб. научн. статей. -Красноярск: ООО «Версо», 2008. С. 335-338.

85. Слухоцкий, А. Е. Установки индукционного нагрева: Учеб. пособие для вузов / А. Е. Слухоцкий, В. С. Немков, Н. А. Павлов и др. JL: Энергоиздат, 1979. - 274 с.

86. Суганума, X. Технологии пайки нового поколения / X. Суганума, А. Таманаха, А. В. Ефимов // Компоненты и технологии. — СПб.: КиТ Медиа, 2003. № 5. - С.35-39.

87. Темеров, А. А. Исследование качества алюминиевых сплавов, получаемых в миксере с комбинированным нагревом / А. А. Темеров, Д. А. Михайлов // Вестник ВГТУ, том 5. Воронеж: ВГТУ, 2009. № 11. - С. 80-84.

88. Темеров, А. А. К вопросу применения систем комбинированного нагрева в электрических миксерах для приготовления алюминиевых сплавов / А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, Д. А. Михайлов // Вестник СибГАУ. Красноярск: СибГАУ, 2010. -№ 6 (32). С. 155-159.

89. Тир, Л. Л. Состояния исследований и перспективы развития методов управления движением и формой расплава в индукционных плавильных электропечах / Л. Л. Тир, А. А. Простяков // 7 Рижское совещание по МГД. Рига: Зинатне, 1972. С. 7-14.

90. Транес, В. Промышленные печи / В. Транес. М.: Металлургиздат, 1964.-389 с.

91. Трухов, А. П. Литейные сплавы и плавка / А. П. Трухов, А. И. Маляров. М.: Академия, 2004. - 336 с.

92. Фарбман, С. А. Индукционные печи / С. А. Фарбман, И. Ф. Колобнев. -М.: Металлургия, 1968. 496 с.

93. Фомин, П. И. Электрические печи и установки индукционного нагрева / Н. И. Фомин, Л. М. Затуловский. М.: Металлургия, 1979. - 247 с.

94. Хоменков П. А. Электрический миксер сопротивления для приготовления алюминиевых сплавов: дис. . канд. техн. наук: 05.09.03: защищена 29.05.04. утв. 27.05.05 / Хоменков Петр Алексеевич Красноярск, 2000.- 170 с.-Библиогр.: С. 156-164.

95. Черепок, Г. В. Влияние технологии производства алюминиевых сплавов на газонасыщенность расплава / Г. В. Черепок, А. М. Босов, В. К. Зиновьев // Технология легких сплавов. — М.: ВИЛС, 1965. № 5. - С. 43-48.

96. Черкасский, В. С. Начала обработки экспериментальных данных: Учеб. пособие / В. С. Черкасский, Б. А. Князев. Новосибирск: НГУ, 1996. - 93 с.

97. Яковлев, К. П. Математическая обработка результатов измерений / К. П. Яковлев. М.: Гостехиздат, 1953. - 383 с.

98. Рекомендации по повышению энергетической эффективности системы нагрева и улучшению качества сплавов, приготавливаемых в электрических миксерах с комбинированным нагревом

99. Применение соотношений мощностей сводового и подового электронагревателей /УР? на стадиях приготовления расплава:• на стадии нагрева: 0/1;• на стадии выдержки: 1/0;• на стадии литья: 0,4/0,6.

100. УТВЕРЖДАЮ Первый пр°рект°рпо учебной работе

101. ВПО «Сибирский /I ^§/Федрральный университет»

102. Колмаков Лг'ГкУ^' « 9 » 2010 г.

103. СПРАВКА о внедрении результатов диссертационной работы Д. А. Михайлова «Электрический миксер с комбинированным нагревом для приготовления алюминиевых сплавов»

104. Результаты диссертационной работы Михайлова Дмитрия Александровича «Электрический миксер с комбинированным нагревом для приготовления алюминиевых сплавов» внедрены в практику деятельности Сибирского федерального университета. В частности:

105. Внедрены в учебный процесс при изучении студентами дисциплин:

106. В целом, результаты, полученные в диссертационной работе, обеспечат снижение текущих и капитальных затрат на вновь создаваемые миксеры сопротивления.деятельности ООО ЗМИ «Сиблента»

107. Технический директор ООО ЗМИ «Сиблента»

108. В целом, результаты, полученные в диссертационной работе, обеспечат снижение затрат при эксплуатации вновь создаваемых и модернизируемых электрических миксеров.

109. Директор по развитию ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» <v Р. М Христинич