автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Система электромагнитного управления движением расплава в процессе алюминиевых сплавов в индуционной канальной печи

РГб од

/ НМД10НЩДЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ 1ШСТИТИ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

На правах рукописи КУЧАЕВ Александр Андреезкн

СИСТЕНА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РАСПЛАВА В ПРОЦЕССЕ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 8 ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ ПЕЧИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и

системы, еклзэчая их управление и регулирование

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КИЕВ-1994

Работа выполнена в Институте проблем литья HAH Украина

Научный руководитель Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор А. Ф.КОЛЕСНИЧЕНКО

- доктор технических наук, ведущий научный сотрудник В. Н. ИСАКОВ

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник B.C. ЯКОВЛЕВ

Ведущая организация - НПО "Киевский институт

автоматики"

Защита состоится " /У*1994 г. в ftf час. на заседании специализированного совета К. 016.63.01 Института проблем энергосбережения HAH Украины (252070, г.Киев-70, ул.Покровская,11).

С диссертацией ыозно ознакомиться в библиотеке Института проблем энергосбережения HAH Украины.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Н.В.РАПЦУН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. В настоящее время МГД привод как составная часть электропривода широко используется в промышленности в качестве МГД насосов, МГД сепараторов, МГД грануляторов, устройств перемешивания и транспортировки жидких металлов. В цветной металлургии наиболее эффективным автоматизированным электротехническим комплексом для приготовления алюминиевых сплавов является индукционная канальная печь (ИКП) с отъемными индукционными единицами (11Е), в которых происходит преобразование электромагнитной энергии э тепловую.

Высокие требования, предъявляемые к чистоте алюминиевых спла-гов по газосодерканию и оксидным включениям вызывают наряду с со-ссршенствованием известных методов рафинирования жидких металлов разработки прогрессивных, экологически чистых материало- и энергосберегающих технологических процессов и эффективного электрооборудования для их реализации. Кроме того, при выплавке алюминиевых сплавов 8 ИКП существует проблема зарастания каналов I1® твердыми неметаллическими включениями, что существенно снижает технико-экономические показатели печей.

К числу наиболее перспективных электромагнитных методов управления вращающимся потоком жидкого металла с целью его очистки, уменьсения интенсивности зарастания футеровки каналов МГД приводов, улучшения тепломассопереноса относятся способы, основанные на взаимодействии собственного и дополнительного элекгромагнитных полей с электропроводной средой, позволяющие создавать вращательное движение металла в каналах ИЗ промышленных печей и электромагнитах устройствах (ЭУ) МГД рафинирования.

Таким образом, существенный научный и практический интерес представляет разработка.и исследование электромагнитных систем управления вращательным движением кидкометаллического ротора в индукционных системах для осуществления процесса рафинирования алюминиевых сплавов.

Исследования по диссертационной работе выполнялись в соответствии с научно-исследовательскими темами "Ранг* - "Разработать новые энерго- и материалосберегащне технологии силового и термического воздействия на металлы с помощь» электромагнитного поля, создать электротехнические средства для их реализации" (Постановление

ГННТ СССР В 111 от 21'.03.1985 г.) и "Разработать средства автоматизации для специальных способов литья, метода контроля режимов индукционной плавки и ыикропрцессорную систем/ автоматического управления заливкой литейных форы"(Постановление Президиума АН УССР N 57 от 11.02.67 г.).

Целью работы является исследование электротехнического комплекса рафинирования алюминиевых сплавов на базе МГД привода с цилиндрическим каналом ИЕ индукционной печи и разработка на згой основе способов электромагнитного управления скоростью вращения кид-кометаллического ротора, обеспечивающих повышение качества рафинируемого металла.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

- разработки принципов построения и практической реализации системы управления движением расплава алюминия в ЭУ с цилиндрическим каналом промышленной печи ИАК-25;

- построения математической модели электромагнитных процессов в цилиндрической канале ИЕ как электроприводе с непосредственным преобразованием электромагнитной энергии;

- экспериментального исследования электромеханических характеристик в ЭУ с каналои, неохваченным магнитспроводом;

- построения регрессионной модели, описьгващей зависимость угловой скорости движения расплава в канале от параметров МГД привода;

исследования управляемого движения электропроводной жидкости длл осуществления МГД сепарации алюминиевых сплавов;

- разработки комбинированных способов рафинирования алюминиевых сплавов;

Методы исследования.Для резения сформулированных задач были использованы основные полоаения теории электромагнитного поля, классические методы расчета магнитных полей в электроприводам, элементы теории и методы планирования полнофакторного эксперимента, а также методы регрессионного анализа. Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена экспериментальными данными, полученными в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна. Решена задача расчета электромагнитного поля применительно к МГД приводу с цилиндрическим каналом НЕ, неохваченным магнитопроводом при наличии индукционной катушки седлообразной формы. Определены электродинамические усилия в гидкомегал-

лическсм роторе МГД привода, созданные под действием вращающегося магнитного поля. Рассчитаны скорости вращения жидкого алюминия з канале электропривода, необходимые для управления процессом рафи- '' нированил металла; разработана система измерений и впервые установлены экспериментальным путем угловые скорости вращения жидко-г.;егалличссксго рстора индукционной установки, при которых достигается ГлГД очистка алюминиевых сплавов; разработана электромагнитная система управления движением расплавленного металла и определены способы регулирования угловой скорости ротора МГД привода; предложены принципы осуществления комбинированных способов рафинирования алюминиевых сплавов, сочетающих: вращательное движение металла с подачей в кидксметаллический ротор инертного газа; вращение ротора КГД привода с введением в него рафинирующего флюса.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы использованы при создании электроприводов с непосредственны!.! преобразованием электромагнитной энергии во вращательное движение аид- . неметаллического ротора, обеспечивающих регулируемый индукционный нагрез жидких алкминиезых сплавов, сникающих зарастание стенок цилиндрических каналов твердыми неметаллическими включениями. Использование новых научккх положений, обоснованных в работе, позволило разработать способ рафинирования и МГД устройство, в котором гращон;;е серхне-й и кклней частей гидксметаллического ротора осуществляется в прегизопог.озных направлениях с различными скоростями, что позволяет уменьсить содержание водорода и повысить механические свойства ратинируемых алюминиевых сплавов. Двгор выносит на защиту:

- результаты теоретических исследований электромагнитного поля МГД прнзода с магнитной системой, создающей вращательное двигение зид-ксго металла;

- результаты экспериментальных исследований поля угловых скоростей

звдксметаллического ротора ЗУ; '

- результаты моделирования электромеханических характеристик МГД привода;

- результаты исследований асинхронного регулируемого МГД привода, обеспечивающего осуществление технологического процесса рафинирования жидкого алюминия;

- разработку комбинированных способов рг^иимрезгния алюминиевых

сплавов,

Внедрение результатов работы. Научные результаты и рекомендации диссертационной работы положены в основу разработок, выполненных при участии автора в 1986-1993 гг. Разработанные методы расчета электромагнитных параметров МГД приводов, технические решения систем измерения и управления вращением жидкометаллического ротора электропривода, результаты экспериментальных исследований электромеханических характеристик использованы при модернизации печей HAK - 25/2,1 и разработке электротехнических систем МГД сепарации алюминиевых сплавов на Красноярском металлургическом заводе, НПСГТШГ (г.Москва).

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались и публиковались на Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование в энергетике" (г.Киев, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения" (г.Киев, октябрь 1991 г.), Международном симпозиуме по МГД технике жидких металлов (г.Рига, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы измерительной техники в волоконной оптике"(г Нижний Новгород, 1991 г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Применение оптоволоконной техники в информационных системах" (г.Ленинград, 1991 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 печатных работ, в том числе 23 статьи и 5 изобретений.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и прклокений. Работа из-локена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрирована 61 рисунком и 40 таблицами, список литературу содержит 177 наименований, имеете» 4 страницы приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагаются актуальность и новизна темы диссертационной работы, сформулирозанны цели, задачи и пололенил вносимые на защиту.

Пергая глава посвящена анализу электромагнитных скт/ацлг,, создающих вращательное движение расплава в электрических комплексах для плавки металлов и разработке электропривода с регулируемой скоростью жидко'.ютадлического ротора. Рассмотрено регулирование координат ИЕ печи, в канальной части которой протекает ток

плотностью &0, индуцированный магнитным полем Фо индуктора и седлообразной катушки с током&к, создающим магнитное поле Фк(рис. 1), а также в ЭУ как электроприводе с каналом ИЕ печи ИАК-25. Основным элементом разработанного электропривода является регулируемая асинхронная машина с цилиндрическим каналом 1, заполненным жидким металлом 2, в котором осуществляется МГД рафинирование алюминиевых сплавов. Статор ЭУ состоит из секционированной обмотки индук-

Вращение видкометаллического ротора ЗУ осуществляется вра-цащкмся магнитным полем, созданным магнитным полем рассеяния Ф£и индуктора и магнитным полем Фк седлообразной катушки, которые. ^ сдвинуты относительно друг друга в пространстве и по фазе на 90. Вращающееся поле наводит ток иг в роторе МГД привода. В представленном электроприводе разомкнутая система регулирования позволяет управлять координатой СО жидкометаллического ротора М установки изменением величины тока' седлообразной катушки ЬМ1 и его Фазового сдвига по отношению к магнитному потоку рассеяния Ф(ГИ индуктора ЬМ с помощью напряжения управления УукСрис.3). Дискретное регулирование скорости ЭУ осуществляется управляющим напряжением иуи ступенчатым изменением-числа витков индуктора контактным переключателем Б и, следовательно, изменением величины вторичного тска, протекающего по каналу ЕК с жидким металлом. Схема содержит, также, трансформатор IV и регулируеккй дроссель Ь. предназначен-

ный для плавного регулирования тока в седлообразной катушсе н магнитного потока Фк. Основным достоинством данной системы регу-

Рис.З " "Рис.4

Разработана математическая модель для расчета распределения плотности тока, магнитной индукции, электродинамических усилий и скорости вращения расплава алюминия в канале электромагнитной установки. Рассмотрен режим работы ЗУ, при котором жидиометалличес-кий ротор вращался в канале с угловой скоростью^ = 00^, где -круговая частота поля,8-скольжение. Задача электромагнитного поля решалась в цилиндрической системе координат и сводилась к определению 1 - составляющей напряженности электрического поля Е/, которая описывается дифференциальным уравнением в области 1 (рис.4)

d2É,

dr

1 dE;

г dr

- (J jaM +'— )

0

и в областях 2.3 à2ks 1

dE2î

i

dr<

г dr

"33

(i)

(2)

где r-радиус канала, js0-магнитная проницаемость воздуха, ¿Г- удельная электропроводность, ?к- число пар полюсов, к-номер гармоники. Уравнения (1), (2) решены совместно с граничными условиями:

flÊ/_ d|s

г = Rj . È, = É2 , dr dr

dÉ2 àèj _ . 7 (3:

При

При

Ro

+ -—

г

- ь -

где - 1 составляющая линейной плотности тока статорной обмотки. Реаение систеет уравнений ищем в виде:

Е,- (г9 ). Ё2- С2г*" + С^г"^ , ¿з» С^г"^ , (4)

где V «V р06й) , Су... С^ - постоянные интегрирования, 1р - модифицированная функция Бесселя 1-го рода порядка Рк. * После решения системы уравнений (4) получим:

j ретг <

С,- ---- (5)

р*^ <М) + М 1Рк (И/У).

Зная напряженность электрического поля Е< в области жидкого

металла запизем выргкрше для плотности тока: и магнитного поля

у - C/ffl^írp) (6)

h я - р< Г (7)

t>r - (1Ц)Ь<. » 8¡r- -¿¿rfcy

Максимальные значения и ВЛ равны:

.<W . --fe^A«/ <8)

Максимальное значение ím,j> составляющей объемной электро-могнитой силы определяем из выражения:

г _ 1Ык do)

W 2 к '

Результаты расчета показывают, что максимальное значение силы fy наблюдается на поверхности расплава алюминия при относительном радиусе канала г=1 и по мере уменьзения г величина fy убывает из-за затухания вихревых токов при распределении электромагнитного поля по радиусу канала к оси геидкометаллического ротора МГД привода.

После определения электродинамических усилий рассчитана скорость вращения'ротора из жидкого алюминия в канале электропривода с помощью расчетной модели, основанной на определении баланса сил. действующих на расплавленный металл. Сравнительный анализ результатов расчета угловых .и тангенциальных скоростей жидкого алюминия по радиусу канала с данными эксперимента показывает, что по-

грешность составляет не более 22% и является удовлетворительной для практических расчетов характеристик МГД приводов.

Во второй главе рассмотрена разработанная цифровая система измерения скорости жидкометалличсского ротора ЗУ. обеспечивающая высокую точность измерения. Система измерения состоит из датчика-вертушки, фотоэлектрического преобразователя, устройства согласования и электронного частотомера. В результате экспериментальных исследований получены электромеханические характеристики, описывающие зависимости угловой скорости и) жидкометаллического ротора индуктора Ми и седлообразной катушки 1кИк.

С0,раЪс

40

20

П^о

/Я/Ь о'о х

о

л'ь

X

ид,роде Г=0,26. Шк/Л о-1,4

ч

У

о®

о

х-2,8

а -4,2 о-5,6 В-7,0

50

25

Г =0,26

а Шч/Л-

х-Н5

Ж 0-/д/

о,

0

10

Рис. 5

20 ШкХА

и)рад-с*

50

25

Ша/Л-

о-1,4 д

У/гУ о-5,6

К/9

V

о

2 4 6

Рис. 6

Показало, что зависимости скорости и) с Г С1и\;и), а) * ШкУк) близки к линейным (рис.5, 6). Экспериментально установлено, что распределение скорости (л)по радиусу жидкометаллического ротора носит нелинейный характер и уве-

0

0,4

Рис. 7

О -1,0

личизается по мере приближения к

--{— стенке качала (рис.7). Показано,

0,8 Г

что вращение ротора из жидкого алюминия з канале МГД привода отличается от вращения твердого тела. Определены осноонкг показатели регулирования угловой скорости шдкоыоталличсского ротора ЗУ. К ни:.! следует отнести диапазон регулирования углозс» скорости, максимальное значение которого составляет 0 = 13:1. Л. :С"Г.ч; регулирования сксросги ЗУ принмыаот Кпл ¿7, гг.:;;

новости COSif ■ 0.27...0,3 значительно меньше, чем у большинства асинхронных двигателей. Это отличие является следствием больших немагнитных зазороз мезду статорной и роторной обмотками ЭУ.

В третьей главе, используя метод регрессионного анализа исследуются зависимости угловой скорости жидкометаллического ротора от параметров МГД привода. Для построения регрессионной модели распределения поля скоростей использованы данные полного факторного эксперимента (ПФЭ) о влиянии ампер-витков индуктора IhVIh , ампер-витков седлообразной катупки IkWk и радиусов г J где производились измерения скорости, на распределение скорости (л) вращения металла ö расчетных областях яидкометаллического ротора.

Исследуемый объект описывается моделью вида:

СО " Иг. 1иУи . IkWk ). (11)

которая устанавливает связь выходного параметра^ и факторов г , 1иЯи, IkWk технологического процесса рафинирования металлического расплава. Использование результатов ПФЭ позволяет представить модель (11) уравнением :

b/г + Ь21мН'и + Ь3Ш?к + b^flnffn + b^rlKWK + bglnWulKWK + л + brr IhWhIkWk , (12)

где cd- оценка математического ожидания угловой скорости движения металла в цилиндрическом канале; b0...b7 - идентифицируемые коэффициенты входных параметров МГД привода.

При рассмотрении расчетной модели с учетом значимых коэффициентов b0...bs получено уравнение регрессии в виде: U)= 48,14+ 14.91г+ 8.19ШУи+ 15. S9IkWk- 0,74г1и'А'и- 2,39гМк (13)

Анализ уравнения (13) показывает неадекватность расчетной модели во внутренних точках факторного пространства опытным данным, поэтому интервал варьирования факторов разбивается на два подинтервала: 0, 26... 0,4 и 0, 4... 0,62 для фактора г; 1,4... 4,2 и I, 2... 7,0 кА - для фактора IkWk.

Закон изменения параметра СО в интервалах варьирования факторов эксперимента описывается вновь полученными уравнениями регес-с;-:м:

г = 0,26. ..0,4; IiiWh = 9. 5... 19, l" кА; IkWk = 1,4... 4, 2 кА, ib - 36.93 10.27Г < 7, ?6М»я + 9, 53IkV,'k - 2,07гШк -

- O.CilüWalKVK. (14)

г * 0.26... ?. i; h№ - S.5... 10.1 кА; IkWk = 4.2. ..7.0 кА.

iO 51, G? 7, С Gr 7. 53IÜV'h + 5,!7IK\,'K - 0,79rInWH -

- i.04rlK«k - 0,49r IhWhIkWk, (15) г - 0.4. ..0,62; IhWh - 9,5... 19,1 кА; IkWk - 1,4... 4. 2 кА,

(1) = 55,25 + 8,Oír + 4,26IhWh + 5,4IkWk - 3.12гМи -

- 2.05rlKWK + 1, 34IhWhIkWk + 2.01г1и*?и1кИк, (16) гд= 0,4...0,62; IhWh - 9,5...19,1 кА; IkWk - 4.2...7,0 кА,

(O = 65.26 + 6,22г + 6.17IhWh + 4, 6IkWk - 0.46г1иИи +

+ O, 57IhWhIkWk + 0, 65г1иИи1к№к (17)

Проверка, выполненная с помощью критерия Фишера, показала, что линейные модели, соответствующие уравнениям (14) - (17) адекватны данным, полученным в результате экспериментов.

Показано, что с помощью данных уравнений регрессии можно прогнозировать скорость и) движения жидкого металла в цилиндрическом канале МГД привода в зависимости от факторов г, Mí и. IkWk и, следовательно, решать задачу повышения прочностных характеристик и пластических свойств рафинируемых алюминиевых сплавов.

Для определения влияния каждого фактора на величину выходной переменной а) получены коэффициенты влияния (чувствительности) из выражения А - b /g¿. где b - коэффициент регрессии. - интервал варьирования факторов.

Установлено, что наибольшее влияние на скорость вращения металла оказывает величина радиуса канала г, а наименьшее - величина ампер-витков индуктора Ми.

Определено, что величина ампер-витков седлообразной катушки IkWk оказывает в 3 раза большее влияние на скорость tú, чем величина ампер-витков индуктора 1иУ(и.

В четвертой главе рассмотрен новый МГД привод с улучсекними динамическими и энергетическими показателями, выполненный на базе ЗУ и системы измерения скорости (рис. 8). Замкнутая САУ, состоящая из датчика-вертушки BV, фотоэлектрического преобразователя VE, устройства, согласования UZ. частотомера PF, устройства сравнения, представляющего собой частотный компаратор, цифрового задатчика DS, преобразователя код-напряжение и усилителя мощности U1, дви-. гателя М1, перемещающего сердечник регулируемого дросселя L, изменяющего величину магнитного потока Фк седлообразной катушки LM1 • и, следовательно, скорость шдкометаллического ротора ЗУ обеспечивает необходимую для процесса рафинирования точность стабилизации (JÚ с помощью обратной связи по скорости. Задание скорости cd осуществляется задатчикои DS в виде сигнала-заданной частоты fon ,

представляющего собой равномерную последовательность импульсов. Работа цифрового регулятора скорости базируется на непрерывном

Регулирование скорости МГД привода достигается, также, изменением напряжения на индукторе ЬИ и. таким образом, величины тока, протекающего в канале ЕК, а кроме того потоком рассеяния Ф5и индуктора. С помощью термопары ВК, задатчика температуры !№,устройства сравнения, усилителя 112 обеспечивается обратная связь жидко-металлического ротора по температуре. Напряжение термопары сравнивается с заданным напряжением 1)зй и разностный сигнал д и* через усилитель 112 подается на тиристорньй регулятор напряжения (ТРИ). Регулирование напряжения на индукторе МГД привода осуществляется с помощью ТРН изменением угла управления оС включения тиристоров, т.е. сдвигом во времени управляющих импульсов и^ . поступающих на управляющие электроды тиристоров.

Улучшение динамических показателей управляемого по статору МГД привода достигается при настройке на технический оптимум замкнутой САУ с сигналами обратной связи по скорости и температуре.

Использование ТРН для реализации регулирования тока в канале позволяет улучшить энергетические показатели (COS $) управляемого МГД привода.

На основе экспериментальных исследований в кидкометалличес-ком роторе МГД привода получены шаровидные конгломераты, состоящие из газовых и оксидных включений, что позволяет судить об эффективности управления вращательным движением расплава алюминия для осуществления процесса рафинирования жидкого металла.Следует отметить, что в процессе длительной эксплуатации ЗУ не обнаружено интенсивного осаждения на стенках цилиндрических каналов твердых неметаллических включений _(рисл 9).

Рис.9

Рис. 10

Определены экспериментальные зависимости содержания кислорода в сплаве А1-2п от времени рафинирования при значениях ач-пер-витков индуктора 1иУ/и = 11,5 кА и седлообразной катуаки = 5,6 кА, при этом скорость ротора МГД привода составляла 52 рад-с^ а температура сплава Т » 1020 л 10 К. Исследование содержания кислорода в образцах сплава до и после рафинирования проводилось в ВШ1С нейтронио-активационным методом.

Опытные данные показывают, что содеркание 02 после 60 «им работы ЗУ снижается почти в 2 раза по сравнению с исходными данными, а после 120 мин - уменьшается более, чем на порядок, что •свидетельствует о эффективности МГД очистки алюминиевых спласоз от оксидных включений.

Пятая глава посвящена вопросам раработки и практического использования электротехнического комплекса на базе МГД привода для исследования способов и устройств МГД очистки алшиизвих

сплавов,- Комплекс состоит из ЗУ рафинирования, системы регулиро-скорости и температуры жидкого алюминия, системы измерения температуры элементов конструкций электротехнического комплекса, электрической плавильной печи, устройства ввода инертного газа в расплавленный алюминий, системы охлаждения ЗУ.

Приведены зависимости степени дегазации, содержания водорода. прочности на разрыв 6'д и относительного удлинения алюминия и его сплавов А7, АЛ2, АЛ9, АК7. АК5М2 и АМГ-6 от времени рафинирования в ЗУ электротехнического комплекса. Содержание водорода в сплавах определено методом плавления образцов в потоке инертной срсдн на газоанализаторе ИН-1Е фирмы "Леко"(США) с датчиком теплопроводности. Для получения достоверных результатов использованы данные анализов 3-5 образцов, соответствующих требованиям ГОСТ 21132.1-81 при трехкратном контроле в течение смены надежности работы прибора для определения газообразного водорода и по эталонным образцам, разработанным ВИЛС. Изготовление и испытание образцов для определения механических свойств алюминиевых сплавов проведено согласно ГОСТ 1497-84.

Из результатов исследований следует,например, что при изменении ампер-витков седлообразной катупки Мк от 0 до 5,б кА, скорости и) в диапазоне 25. 8. ..57,4 рад-с" , при ампер-витках индуктора Ми = - 11.5 кА относительное удлинение 8" сплава типа АМГ-6 увеличивается от 1.5 до 2,4?, &в-

? (/'■ V*- " Г а Т \л/ '/Гна 3 степснь Дегазации

со 7 Сплава составляет 38%, что ука-

Рис.11 зывает на улучшение пластичнос-

ти и прочности по сравнению с исходными сплавами (рис.11).

Сравнительный анализ результатов, полученных при исследовании коп^инигсгаиных способов рафинирования алюминиевых сплавов, соче-срагательное движение жьдкометаллического ротора с подачей в него ;:нертнсго газа; введение во ррадающийся ротор МГД привода рг^шрущего Флкса показывает на увеличение эффективности дегазации металла в 1.3...1,5 раза по сравнению с обработкой МГД методой.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Обоснована целесообразность разработки электромагнитных систем МГД рафинирования с регулированием скорости ¡кидксметалличес-кого ротора,позволяищих снизить зарастание каналов оксидами, уменьшить содержание водорода и твердых неметаллических включений с алюминиевых сплавах, повысить их механические свойства.

2. Разработана математическая модель МГД привода, позволяющая на основе решения задачи электромагнитного поля определить электродинамические усилия и скорости вращения ротора, необходимые для по-вьшения прочности и пластичности алюминиевых сплавов. Выполнен расчет элементов электропривода и установлено, что участки с однородным распределением магнитной индукции составляют 70% длины линейных частей седлообразной катушки. Сравнительный анализ результатов расчета угловых скоростей жидкого металла с данными эксперимента показал, что погрешность составляет не более 22%.

3. Получены электромеханические характеристики МГД привода, описывающие зависимости СО" t (InWn), оО » f (IkWk), lJ - f (г). Определено, что вращение кидкометаллического ротора электропривода существенно отличается от вращения твердого тела. Показано, что распределение скорости по радиусу ротора носит нелинейный характер. Установлено, что максимальное значение диапазона регулирования скорости составляет D = 53:1, а плавкость регулирования Кпл = 2,4.

4. Разработана регрессионная модель распределения поля скоростей в йидкомегадлкчсском рстоое на основе дачных полнофакторного эксперимента. Установлено, что ргдиус г канала оказывает в 14 раз большее влияние на угловую скорость, чем амлер-зитки 1кУк индукционной катушки. Величена 1к*к о 3 раза интенсивнее влияет на скорость, чем аапер-вк-гки 1ипи индуктора МГД привода.

5. Разработай новый МГД привод с замкнутой системой регулирования скорости. Рассмотрен геиицкп построения функциональной ехали электропривода с системой электромагнитного управления для регулирования скорости и температуры ротора МГД привода. При экспериментальных исследованиях на МГД приводе получены конгломераты шаровидной формы гуютностьз 1,8-10"' кг-!/", что ыекьае плотности жидкого алюминия (2,35*10* кг-хг) и оксидов алшиния (3,9-10"' кг-м'-';. Показано, что в процессе МГД очистки загрязненных алюминиевых спдассз от водорода и даекдаак включений последние коагулировали о круп;:;?

частицы, а такяе обюазовались варк-конгломеоаты, состоящие из оксидов и газа. Установлено, что при создании врапательного движения металла стенки каналов практически Fie зарастали и необходимость их механической очистки отсутствовала. Толаина нлакового слоя на стенках не презыаапа !-2 мм в течение месяца эксплуатации канала МГД привода.

6, Разработан электротехнический комплекс для исследования электромагнитных способов управления вращательным движением жидкого металла для процесса МГД паФккиоопяния. Получены зависимости содержания водорода, оксида АЦСЧ, механических свойств алюминиевых сплавов от времени рафинирования и электромагнитных параметров МГД привода. Экспериментально установлено, что эффективность рафинирования алюминиевых сплавов АЛ2. АК7. АК5М2 от оксидов Al^Oj и водорода при скорости ротора LO » 52 рад* с"* в 2 раза выше, чем при скорости 21,3 рад. с''. Определено, что предлозенкые комбинированные способы обработки алюминиевого сплава АК5М2 позволили по сравнению с промышленными в 1.4...3 раза снизить содержание в сплаве оксида алюминия, на 30% увеличить прочкостйые характеристики (бд ) и пластические свойства (8") в 1.5 раза. Использование в промышленности разработанных технологий и устройств МГД рафинирования обеспечивает увеличение выхода годных алюминиевых сплавов на 6-855, экономию 35-40 квтч электроэнергии на тонну металла.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЕ'ЛИХ РАБОТАХ

1. ВПпоу V., Elirkenov N., Gorislavets V.. Kolesnichenko А., Kuchaev А., Luthkcvicti A. Liqud métal flows vdth polldispersed solid ^aseous Inclusions. - Syraposiun on Ilquld setal M H D. Riga. 1933. p. 5 4.

2. Колссничснко A.Ф., Кунаев A.A. Электромагнитная установка для исследования электрофизических процессов в жидкой дисперсной среде // Магнит. Гидродинамика. -1989. - с. 143-144.

3. Кучаев А.А., Люткевич А.В. Электромагнитная установка для рафинирования жидких металлов. - В сб. Оптимизация систем питания и электрооборудования электротехнологических установок. - Киев: Ин-т электродинамики АН УССР, - 1989. - с. 122-126.

4. Кучзсв А.А.. Люткевич А.В. Экспериментальные исследования

магнитогидродинамической сепарации алюминиевых сплавов от оксидных включений. - В сб.: Проектирование и исследование полупроводниковых и электромеханических преобразователей. - Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. 1989. - с. 190-194.

5. Кучаев A.A., Руденко Н.Г. Влияние вращающегося магнитного поля на процесс дегазации жидких алюминиевых сплавов // Литейное пр-во. - 1990. - N II. - с. 13-14.

6. Нижерадзе A.A., Кучаев A.A. Об одном подходе к моделированию процесса рафинирования алюминиевых сплавов в индукционных канальных печах // Математическое моделирование в энергетике: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конф. - 23-25 октября 1990. - т. 4. -

- Киев, 1990. - с. 9-10.

7. Кучаез А.А., Жуков Л.Ф. Измерение угловой скорости движения жидкого алюминия в цилиндрическом канале электромагнитной установки // Магнит, гидродинамика. - 1991. - N 2. - с. 136-138..

8. Кучаев A.A., Нижерадзе A.A. 0 применении регрессионного моделирования процесса рафинирования алюминиевых сплавов // Электронное моделирование. - 1991. - N 3. - с. 90-93.

9. Кучаев A.A. Исследование влияния электромагнитного перемешивания на процесс рафинирования алюминиевых сплавов // Цв. металлы. - 19Э1. - N 4. - с. 50-52.

10. Кучаев A.A. Измерение температуры жидкого алэмкния в цилиндрическом канале электромагнитной установки // Технология и орг. пр-ва. - 1991. - N 3. - с. 37-38.

И. Кучаев A.A. Исследования механических свойств алюминиевых сплавов, обработанных на электромагнитной установке. Киев, - 1991. -Юс. - Деп. в УкрНИИНТИ 01.07.1991, N 917-УК-91.

12. Кучаев А.А. Экспериментальный стенд для исследования МГД процессов в электротехнологических устройствах // Магнит, гидродинамики. - 1991. - N 3. - с. 120-126.

13. Кучаев A.A. Влияние изменения угловой скорости движения металла в цилиндрическом канале индукционной печи на дегазация и механические свойства алюминиевых сплавов П Цз. металлы. -

- 1992. - N 12. - с. 41-13.

И. Кучаев A.A. Электромагнитное управление пр-^сс-сп дегазации алюминиевых сплавов в цилиндрическом канале злгктрок^нкпюа установки // Магнит, гидродинамика. - 1991. - N 4. - с. ¡¿C-lSl.

15. Кучаев A.A. Моделирование электрет¡агнитнего поля, сг;/;ан-

ного индукционной кагуикой. размещеной на цилиндрическом канале плавильной печи // Электронное моделирование. - 1994. - в печати.

16. Жуков Л. Ф., Кучеренко С. В.. Кучаев A.A. Энергосберегающие технологические процессы получения жидкого металла в индукционных печах. // Проблемы энергосбережения: Тез. докл. Всесоюзн.научн.-техн.конф, 1-3 октября 1991. - т.2. - Киев, 1991. - с.26-27.

17. A.C. 1527304 СССР, МКИ С 22В 21/00. Способ переплава цветных металлов в индукционной тигельной печи /Ю.М.Гориславец, А.Ф. Колесниченко, А.А.Кучаев. - Опубл.07.12.89, Бюл. N45.

18. A.C. I6II98I СССР, МКИ С 22В 21/06. Устройство для рафини- • рования металла /А.Ф.Колесниченко и А. А. Кучаез. - Опубл. - 07.12.90, Бюл. N45.

19. A.C. 1680789 СССР,МКИ С 22В 9/02. Устройство для плавки и Финирования металла /Ю. И. Гориславец, А. Ф. Колесниченко, А. А. Кучаев, А. Ф. Люткевич. - Опубл. 30.09.91, Бюл. N36.

20. A.C. 1752800 СССР. МКИ С 22В 9/00, 21/06. Способ рафинирования алюминия и его сплавов /A.A. Кучаев и А. В.Наривский. - Опубл.-- 07.08.92. Бюл. N29.

Личный вклад автора. В работах I...8. 16...20 опубликованых в соавторстве, автору принадлежит: в (I...5), (16) - результаты экспериментальных исследований МГД сепарации неметалических включений в хидкометаллическом роторе ЗУ под действием вращающегося магнитного поля; в (7) - результаты исследований по измерению угловой скорости жидкого алюминия в цилиндрическом канале; в (6,8) - автором получены и проанализированы уравнения регрессии, описывающие зависимости скорости ротора от параметров МГД привода, в (17..-.20) -участие автора указано в материалах заявок на А. С.

Институт проблем энергосбережения HAH Украины 254070, Киев, 70, ул. Покровская, II

Полиграфический участок Института проблем энергосбережения HAH Украины; 254070, Киев-70, ул.Покровская,II

Подписано к печати

Бумага офсетная N2. Усл.-печ.л. 1.0

Усл. -кр.отт. 1.0

Тирая 120 экз. Заказ N 2Z

Соискате

формат 60x84/16 Уч. изд. лист 1.0

Бесплатно