Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка индукционной канальной печи с управлением движением расплава в канале

Диссертация: Разработка индукционной канальной печи с управлением движением расплава в канале
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Преимущества использования электроэнергии для, плавки и. хранения тепла, в металлах заключаютсяво-первых, вточном? дозировании подводимой энергии, а* во-вторых, в принципе электромагнитнойиндукции, когда-тепло выделяется непосредственно внутри? нагреваемого изделиям При? этом исключается нежелательный локальный перегрев расплава, приводящий к большим потерям металла-вследствие угара: Поэтому… Читать ещё >

Содержание

  • Основные обозначения
  • 1. История развития, основные особенности и задачи, решаемые при проектировании ИКП. В
    • 1. 1. Принцип действия, конструкция и физические процессы, происходящие в ИКП
    • 1. 2. Развитие и современное состояние теоретических и экспериментальных знаний об ИКП
    • 1. 3. Постановка задач и целей работы
  • 2. Описание модели для расчета электромагнитных параметров ИКП
    • 2. 1. Уравнения, описывающие электромагнитное поле в ИКП
    • 2. 2. Принцип метода конечных элементов
    • 2. 3. Составление аппроксимирующих выражений
    • 2. 4. Интегральная форма системы дифференциальных уравнений
    • 2. 5. Построение системы алгебраических уравнений
    • 2. 6. Алгоритм расчета системы линейных алгебраических уравнений
    • 2. 7. Граничные условия
    • 2. 8. Расчет интегральных параметров ИКП
    • 2. 9. Выводы по главе
  • 3. Описание модели для расчета гидродинамических и тепловых параметров ИКП
    • 3. 1. Уравнения движения и теплопереноса жидкости
      • 3. 1. 1. Закон сохранения массы
      • 3. 1. 2. Сохранение свойств частиц жидкости
      • 3. 1. 3. Уравнение переноса импульса
      • 3. 1. 4. Уравнение переноса энергии
    • 3. 2. Уравнения Навье-Стокса для ньютоновской жидкости
    • 3. 3. Дифференциальная и интегральная форма уравнений переноса
    • 3. 4. Турбулентность и ее моделирование
    • 3. 5. Усредненные по времени уравнения Навье-Стокса
    • 3. 6. Модели турбулентности
    • 3. 7. k-е модель турбулентности
    • 3. 8. Выводы по главе
  • 4. Исследование тепломассопереноса в ОИЕ
    • 4. 1. Постановка задач
    • 4. 2. Проверка адекватности компьютерной модели ОИЕ
    • 4. 3. Исследование влияния формы канала на тепломассоперенос в ОИЕ печи ИЧКМ
    • 4. 4. Выводы по главе
  • 5. Исследование тепломассопереноса в СИЕ
    • 5. 1. Постановка задач
    • 5. 2. Проверка адекватности компьютерной модели СИЕ
    • 5. 3. Исследование влияния формы каналов и схемы питания индукторов на тепломассоперенос в СИЕ печи ИЧКМ
    • 5. 4. Выводы по главе

Разработка индукционной канальной печи с управлением движением расплава в канале (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Согласно принятой Правительством РФ 29 мая 2007 года «Стратегии развития металлургической промышленности России до 2015 года» в 2006 году в России было произведено 991 млрд: кВт-ч электроэнергии. Промышленное потребление электроэнергии составило 353 млрд. кВт-ч, потребление электроэнергии: металлургией — 113 млрд. кВт-ч или 32% от общепромышленного электропотребленияПримерно половина этой энергии была израсходована на создание технологического теплав котором" плавка и хранение расплава в индукционных печах имеют значительную долю.

Преимущества использования электроэнергии для, плавки и. хранения тепла, в металлах заключаютсяво-первых, вточном? дозировании подводимой энергии, а* во-вторых, в принципе электромагнитнойиндукции, когда-тепло выделяется непосредственно внутри? нагреваемого изделиям При? этом исключается нежелательный локальный перегрев расплава, приводящий к большим потерям металла-вследствие угара: Поэтому образование золы в индукционных печах происходитв гораздо меньшей степени, чем в печах, работающих на горючем топливеЕслипринять во внимание угар, шум? и тепловую нагрузку на персонал, которые имеют место при сжигании твердого топлива, то преимущества индукционных печей с экологической точки зрения очевидны:

Другое достоинство индукционной плавки заключается в томчто электрический ток вызывает в расплаве не только джоулево тепло, но и электромагнитные силы. Благодаря этим силам в расплаве возникают интенсивные течения, способствующие выравниванию химического состава и температуры, в расплаве. Однако, интенсивное течение расплава в индукционных печах может приводить к сильному износу огнеупорного слоя футеровки печи.

Сравнение КПД? работающих на твердом топливе и индукционных печей трудно провести из-за различного принципа действия. Приблизительно можно считать, что КПД этих двух типов печей одинаков. Производственноэкономическое сравнение работающих на твердом топливе и индукционных печей является сложной задачей, т. к. должны приниматься во внимание специфические вопросы работы и обслуживания печей. Например, при выборе печи на твердом топливе должны учитываться региональные цены на твердое топливо. Возможность семидневной рабочей недели при круглосуточной работе печи делает предпочтительным выбор индукционной печи, т. к. в этом случае можно производить плавку в ночные часы, когда действует льготный тариф на электроэнергию, а в дневное время осуществлять разливку и хранение расплава, расходуя значительно меньше электроэнергии. Такое производство имеет смысл, если требуется ежедневно плавить большое количество металла.

В последнее время в литейном производстве все чаще отдается предпочтение индукционным печам. Это связано, прежде всего, с возросшим вниманием к экологии, а таюке с производственно-экономическими причинами.

В сравнении с индукционной тигельной печью (ИТП) индукционная канальная печь (ИКП) имеет более высокие электрический КПД и коэффициент мощности. Особенности конструкции обеспечивают лучшую теплоизоляцию индукционной канальной печи, поэтому этот тип печей уже давно применяется в качестве агрегата для перегрева и выдержки металла в расплавленном состоянии. В качестве плавильного агрегата индукционная канальная печь применяется значительно реже, т. к. ее удельная мощность ограничена. Несмотря на более высокое тепловое сопротивление стенок ванны ИКП, для расплавления металла в ней требуется больше времени, поэтому тепловой КПД у ИКП меньше, чем у ИТП. Повышение удельной мощности ИКП позволило бы расширить области их применения и использовать эти печи в качестве плавильного агрегата.

5.4. Выводы по главе.

На основании проведенных в данной главе исследований можно сделать следующие выводы:

1) Разработанные компьютерные модели для расчета электромагнитных, гидродинамических и тепловых параметров СИЕ прошли проверку адекватности путем сравнения полученных с их помощью результатов с экспериментальными данными, полученными на физической модели СИЕ со ртутью, описанной в литературе. Направление и величина скорости транзитного течения в каналах совпадают, а значения максимальной локальной скорости течения расплава отличаются менее, чем на 10%.

2) В поперечном сечении* боковых каналов течение расплава имеет структуру, состоящую из двух вращающихся в противоположном направлении вихрей, и напоминает течение в поперечномсечении канала ОИЕ. В поперечном, сечении центрального канала расчетное поле усредненных скоростей не имеет ярко выраженной картины. Экспериментальные данные, напротив, говорят о существовании) одного вихря охватывающего все поперечное сечение центрального канала.

3) При синфазном подключении обмоток индукторов СИЕ печи ИЧКМ-40 коэффициент мощности снижается на 10 — 15% по сравнению с противофазным включением индукторов, что требует дополнительных затрат на его компенсацию.

4) Для практического применения можно рекомендовать форму каналов СИЕ на рис. 5.48,6 или 5.48,е при противофазном включении обмоток индукторов, т. к. в этом случае обеспечивается достаточно низкий перепад температуры (около 30°С) между каналами и ванной печи, высокая скорость транзитного течения расплава вдоль каналов (около 0.3 м/с) и повышенный ресурс работы единицы^.

Заключение

.

1. Проанализированы существующие в настоящее время способы интенсификации тепломассопереноса в ИКП, а таюке методы исследования электромагнитных, гидродинамических и тепловых параметров ИКП.

2. С использованием> программANSYS Multiphysics и ANSYS CFX разработаны компьютерные модели для' расчета электромагнитных, гидродинамических и тепловых параметров ОИЕ и СИЕ ИКП, адекватность которых проверялась путем сравнения расчетных результатов с экспериментальными данными из литературы.

3. Анализ литературы и результаты собственных исследований позволили установить, что на тепломассоперенос в ИКП1 при заданной мощности ИЕ наибольшее влияние оказывают форма каналов ОИЕ и СИЕ, а также схема питания индукторов СИЕ.

4. С помощью разработанных моделей" исследовано влияние формы каналов' j.

ОИЕ и СИЕ, а также схемы питания индукторов СИЕ на тепломассоперенос в печах ИЧКМ-16 и ИЧКМ-40 для перегрева и выдержки чугуна, t 1.

5. На основании проведенных исследований выработаны практические рекомендации по проектированию формы каналов ОИЕ печи ИЧКМ-16 и СИЕ печи ИЧКМ-40, а также схемы питания индукторов СИЕ печи ИЧКМ-40, обеспечивающие снижение перегрева расплава в канале в 2 — 3 раза по сравнению с ИЕ со стандартной формой каналов.

6. Для создания транзитного течения вдоль канала ОИЕ следует применять специальную геометрическую форму канала (рис. 4.18,в и 4.29,6).

7. Синфазное питание обмоток индуктора приводит к снижению коэффициента мощности ИЕ на 10 — 15%, поэтому для создания транзитного i течения вдоль каналов целесообразно применять противофазное питание t*.

Показать весь текст

Список литературы

  1. М. Я., Арефьев А. В., Левина М. Я. Индукционные канальные печи для плавки и обработки черных и цветных металлов // Электротехн. пром-ть. Сер. 12. Электротермия: Обзор, информ. 1990. Вып. 13. с. 1−36.
  2. Walther A. Computersimulation der Schmelzenstromung in Induktions-Rinnenofen. Dissertation. Hannover. 1992. 125 S.
  3. С. А., Колобнев И. Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. Изд-во «Металлургия», 1968, 5-е изд., дополненное и переработанное. 496 с.
  4. Тир Л. Л., Столов М. Я. Электромагнитные устройства для управления циркуляцией металла в электропечах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1991.-280 с.
  5. А. М. Индукционные плавильные печи. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, переработ, и доп. М., «Энергия», 1967. 416 с.
  6. М. Я. Исследование и разработка сдвоенных индукционных единиц высокой мощности с транзитным течением металла для индукционных канальных печей. Диссертация. Москва, 1981. 128 с.
  7. Patent 3 363 044 (USA). Channel type induction furnace. Beckius I., Fredriksson В., 1968.
  8. Patent 1 281 377 (UK). An induction furnace. Granstrom S., Goransson I., 1969.
  9. В. П., Цин М. Р., Дубоделов В. И., Трефняк В. А. Индукционная канальная печь с электромагнитной разливкой металла. Литейное производство, 1970, № 11, с. 13 — 14.
  10. В. П., Юдкин С. А. Электромагнитная заливка и обработка алюминиевых сплавов в установке МДН-6. Магнитная гидродинамика, 1973, № 3. Краткие сообщения.
  11. В. П. Промышленное использование магнитодинамических устройств. Магнитная гидродинамика, 1975, № 1, с. 118 — 128.
  12. Ю. М. Металлургические применения магнитной гидродинамики. Магнитная гидродинамика, 1987, № 3, с. 120 — 137.
  13. Patent 3 092 682 (USA). Submerged resistor type furnaces and methods and processes therefore. TamaM., Shearman W. E., 1963.
  14. Patent 3 595 979 (USA). Induction furnaces. Shearman W. E., 1972.
  15. Patent DE 2 608 310 C2 (BRD). Kanalschmelzofen fur Metalle und Legierungen. Delassus J., 1983.
  16. Fricke R. Zur Beurteilung von Stromungen in der Schmelze von Induktions-Rinnenofen. Dissertation. Hannover. 1990. 114 S.
  17. И. Э., Левина М. Я., Столов М. Я., Шарамкин В. И., Щербинин -Э. В. О движении металла в индукционных канальных печах под действием электромагнитных сил. — Магнитная гидродинамика, 1977, № 4, с. 103 — 106.
  18. М. Я. Повышение технико-экономических параметров индукционных плавильных печей на базе исследования МГД-процессов. -Магнитная гидродинамика, 1983, № 2, с. 103 — 110.
  19. М. Я., Альбицкий В. А. Новые индукционные канальные печи для литейного производства. Литейное производство, 1984- № 5, с. 31 — 321
  20. А. П., Кузовлев И. В., Столов-М. Я., Тир Л. Л, Фомин' Н. И. Новые направления развития индукционных плавильных печей в СССР. -Литейное производство, 1989, № 4, с. 19−21.
  21. И. Э., Левина М. Я., Столов М. Я., Щербинин Э. В. Исследование движения металла в индукционных канальных печах. -Магнитная гидродинамика, 1980, № 3, с. 123 130.
  22. М. Я. Исследование движения металла в индукционной канальной печи с двухфазным питанием. Магнитная гидродинамика, 1986, № 4, с. 84 -89.
  23. М. Я., Столов М. Я., Алешин А. С. Движение металла в сдвоенной индукционной единице. Исследование и разработка индукционных плавильных печей, М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 65 — 69.
  24. Patent DE 2 814 564 С2 (BRD). Induktionsrinnenofen. Buzenieks I., Levina M. J., Prostjakov A. A. u. a., 1982.
  25. Mestel A. J. On the flow in a channel induction furnace. J. Fluid Mech., 1984, vol. 147, p. 431 -447.
  26. P., Якович А., Мюльбауер А., Накэ Б. Экспериментальное и численное исследования течения расплава в индукционных канальных печах. Магнитная гидродинамика, 1996, т. 32, № 4, с. 433 — 442.
  27. Langejiirgen М., Nacke В., Baake Е. u. a. Simulation des Warme- und Stofftransports in Induktions-Rinnenofen mittels Large Eddy Simulation. -Workshop Elektroprozesstechnik. Ilmenau, 2007.
  28. Kirpo M., Jakovics A., Nacke В. u. a. LES of heat and mass exchange in channel induction furnaces. The XVI International Congress on Electricity applications in modern world. Krakow, 2008.
  29. И. E. Основы теории электричества: Учеб. пособие для вузов. — 11-е изд., испр. и доп. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 616 с.
  30. On the use of the magnetic vector, potential in the finite element analysis of three-dimensional eddy currents. IEEE Transactions on Magnetics, July 1989- vol. 25, № 4, p. 3145−3159.
  31. И. H., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., исправленное. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 544 с.
  32. ANSYS Multiphysics 11.0 Theory reference.
  33. Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учебное пособие в 10 т. Т. VI. Гидродинамика. 4-е изд., стер. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.-736 с.
  34. Н. К., Malalasekera W. An introduction to computational fluidvdynamics. The finite volume method. Longman Group Ltd 1995. 257 p.
  35. ANSYS CFX 11.0 Theory reference.
  36. Moros A. Magnetohydrodynamics of channel induction furnaces. Dissertation. Cambridge, 1986.-194 p.
  37. Eggers A. Untersuchungen der Schmelzenstromung-und des Warmetansports im Induktions-Rinnenofen. Dissertation. Hannover, 1993. 152 S.
  38. Launder В. E., Spalding D. B. Lectures in Mathematical models of turbulence. Academic Press, London, 1972. 169 p.
  39. Launder В. E., Spalding D. B. The numerical computation of turbulent flows. -Computer methods in applied mechanics and engineering, 1974, vol. 3, p. 269 -289.
  40. А. В., Столов M. Я., Щербакова В. В. Интенсификация теплообмена в каналах одинарных индукционных единиц. — Исследование и разработка индукционных плавильных печей, М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 69−73.
  41. А. с. 828 439 (СССР). Индукционная канальная печь. Алешин А. С., Арефьев А. В., Столов М. Я., 1981.
  42. А. с. 853 829 (СССР). Индукционная канальная печь. Алешин А. С., Арефьев А. В., Столов М. Я., Щербакова В. В., 1981.
  43. А. В., Попов Г. Г., Столов М. Я., Фомин В. И. Индукционная канальная печь новой конструкции для плавки алюминиевых сплавов. -Литейное производство, 1987, № 2, с. 23 24.
  44. А. Ф., Гориславец Ю. М., Бундя А. П. Создание однонаправленного движения жидкого металла в каналах индукционных плавильных печей. Магнитная гидродинамика, 1979, № 4, с. 138 — 140.
  45. А. А. Индукционные печи и миксеры для плавки чугуна. М., «Энергия», 1977.-216 с.
  46. Patent DE 19 800 347 А1 (BRD). Nut-Induktionsofen. Tomita Y., Nishida Т., Tanaka К. u. a., 1999.
  47. A. c. 760 492 (СССР). Двухфазная индукционная канальная печь. Фоченков Б. А., Климов В. М., Крашенинников Ю. М. и др., 1980.
  48. . А., Климов В. М., Руднев В. Н., Бокова JI. А. Исследование температуры жидкого металла в канальной части индукционной плавильной печи. Цветные металлы, 1979, № 7, с. 85 — 87.
  49. . А. Оснащение канальных печей индукционными единицами с однонаправленным движением расплава. Цветные металлы, 1980, № 7, с. 104- 108.
  50. . А., Климов В. М., Руднев В. Н. Влияние геометрической формы каналов на однонаправленное движение металла в индукционной канальной печи. Цветные металлы, 1981, № 12, с. 85 — 87.
  51. . А. Освоение индукционных канальных печей для плавки тяжелых цветных металлов и сплавов. Литейное производство, 1986, № 5, с. 22−24.
  52. . А., Шошиашвили Д. Ш., Щукин В. В. Индукционная канальная печь для плавки латуней. Литейное производство, 1999, № 2, с. 21—22.
  53. Vives С., Ricou R. Magnetohydrodynamic flows in a channel-induction furnace. Metallurgical transactions B, 1991, vol. 22B, p.193 — 209.
  54. А. А. Индукционные печи для чугунолитейного производства.- Литейное производство, 1976, № 12, с: 28 30.
  55. Alferenok A. Numerische Simulation des Warme- und Stoffaustausches in Induktions-Rinnenofen. Workshop Elektroprozesstechnik. Ilmenau, 2008.
  56. А. А. Исследование процессов тепло- и массопереноса в индукционной канальной печи с использованием численного моделирования.- Вестник МЭИ, 2009, № 2, с. 48 54.
  57. А. А., Кувалдин А. Б. Численное моделирование тепломассопереноса в канале индукционной печи для плавки чугуна. Электрометаллургия, 2009, № 4, с. 22−29.
  58. Klein R., Potherat A., Alferenok A. Experiment on a confined electrically driven vortex pair. Phys. Rev. E, vol. 79, 16 304 (2009).
  59. Weigel W. Zur numerischen Berechnung von Wirbelstromverlusten in Konstruktionselementen von Induktionsofen. Dissertation. Ilmenau, 2000. 122 S.
  60. И. П., Кувалдин А. Б. Индукционные плавильные и подогревные печи. Электротермия, 1964. с. 54 58.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!