Аннотация
Приготовление сложнокомпонентных алюминиевых сплавов с использованием свинца требует интенсивного объёмного перемешивания алюминиевого сплава. В настоящее время приготовление сплавов алюминий-свинец осуществляется в индукционных тигельных печах. Однако свинец загрязняет футеровку индукционной тигельной печи, что требует проведения капитального ремонта по её замене при переходе на приготовление других алюминиевых сплавов. Более прогрессивным в настоящее время является применение комплекса для электромагнитного перемешивания алюминиевого сплава в транспортном ковше. Целью работы является создание численной математической модели с использованием ANSYS для исследования параметров комплекса электромагнитного перемешивания алюминиевого расплава в транспортном ковше. Математическая модель позволяет комплексно исследовать влияние электромагнитных параметров индуктора на скорость, траекторию движения, распределение легирующих компонентов и температуры алюминиевого расплава в транспортном ковше. При разработке математической модели использован базовый программный пакет ANSYS для решения электромагнитной задачи и пакет ANSYS CFX для решения гидродинамической и тепловой задач. Разработана численная математическая модель системы «электромагнитный индуктор - транспортный ковш - алюминиевый расплав» для анализа эффективности работы комплекса электромагнитного перемешивания алюминиевого расплава с целью получения сложнокомпонентных алюминиевых сплавов на основе свинца и магния. Представлены комплексные решения, включающие электромагнитную, гидродинамическую и термодинамическую задачи применительно к перемешиванию и распределению свинца и магния в высокотемпературном алюминиевом расплаве. Проведен сравнительный анализ результатов математического моделирования и экспериментальных исследований для достижения максимальной эффективности распределения свинца или магния с использованием комплекса электромагнитного перемешивания алюминиевого расплава в транспортном ковше. Математическая модель, реализованная в программном комплексе ANSYS, включающая совместные решения электромагнитной, гидродинамической и тепловой задач может быть использована при разработке комплексов электромагнитного перемешивания алюминиевого расплава в транспортном ковше для приготовления сложнокомпонентных алюминиевых сплавов на основе свинца. Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований электромагнитного перемешивания расплава алюминий-свинец в транспортном ковше рекомендуется использовать на алюминиевых и металлургических заводах при приготовлении сложнокомпонентных сплавов.
Ключевые слова
Комплекс, электромагнитное перемешивание, алюминиевый расплав, лигатура свинца, электромагнитный индуктор, транспортный ковш, трехмерная численная математическая модель, электромагнитная задача, гидродинамическая задача, термодинамическая задача.
1. Окороков Н.В. Электромагнитное перемешивание металлов в дуговых сталеплавильных печах. М.: Металлургия, 1961. 176 с.
2. Гнучев С.М. Выплавка стали в дуговых печах с электромагнитным перемешиванием ванны // Сталь. 1961. № 6. С. 238-245.
3. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970. 272 с.
4. Христинич Р.М., Христинич А.Р. Повышение надежности электрического плавильно-литейного агрегата. Lap Lambert Academic Publishing. Germany, 2012. 174 с.
5. Электромагнитный перемешиватель для рафинирования алюминия в ковшах / В.Н. Тимофеев, Р.М. Христинич, В.В. Стафиевская, А.М. Велентеенко // Вестник УГТУ-УПИ. Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы. 2003. №5(25). Ч.2. С. 167-170.
6. Бабкин В.Г., Чеглаков В.В., Христинич Р.М. Диспергирование свинца при выплавке алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg с добавками Рb в условиях регулирования структурообразования // Металлург. 2019. №10. С 76-81.
7. Пат. 109615 Российская Федерация, МПК H02K41/025. Индуктор линейной индукционной машины / Христинич Е.В., Христинич А.Р.; заявитель Христинич Е.В., Христинич А.Р. №2011121478/07; заявл. 25.05.2011; опубл. 20.10.2011.
8. Пат. 118485 Российская Федерация, МПК H02K41/025. Индуктор линейной индукционной машины / Христинич Р.М., Христинич Е.В., Христинич А.Р.; заявитель Христинич Р.М., Христинич Е.В., Христинич А.Р. №2012107917/07; заявл. 01.03.2012; опубл. 20.07.2012.
9. Пат. 123602 Российская Федерация, МПК H02K41/025. Индуктор линейной индукционной машины / Христинич Р.М., Христинич Е.В., Христинич А.Р.; заявитель Общество с ограниченной ответственностью НПО «Металлургэнергопром» № 2012117266/07; заявл. 26.04.2012; опубл. 27.12.2012.
10. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS: учебное пособие для вузов по специальности «Электрические и электронные аппараты» направления «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». М.: Академия, 2006. 288 с.
11. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. В 2 т. Т. 2. Электромагнитное поле: учебник для вузов. 12-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2020. 389 с.
12. Zienriewich O.C. The finite element method. Volume 1/ O.C. Zienriewich, R.L. Taylor. Woburn: Butterwort – Heineman, 2000. 712 p.
13. Основы работы в ANSYS 17 / Н.Н. Фёдорова, С.А. Вальгер, М.Н. Данилов, Ю.В. Захарова. М.: ДМК Пресс, 2017. 210 с.
14. Проектирование электротехнологических установок. Тепловой расчет: метод. указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов укрупненной группы направления подготовки специалистов 140000 – «Энергетика. Энергетическое машиностроение и электротехника» / сост.: А.Р. Христинич, Р.М. Христинич, Е.В. Христинич. Красноярск: Сиб. федер. ун-т; Политехн. ин-т, 2007. 51 с.
15. Разработка численно-математической модели диспергирования свинца в расплаве алюминия при обработке в транспортном ковше: отчет о НИР / ООО «НПО Металлургэнергопром»; по договору №2288/17 от 20 июля 2017 г., рук. работы Р.М. Христинич, Красноярск, 2017 г. 106 с.