Контрольные вопросы

1. Какими способами можно изменять скорость вращения расправа?

2. Как зависит скорость вращения жидкого металла от частоты питающего напряжения?

3. Меняется ли индуктивное сопротивление индуктора при изменении частоты?

4. Системы с каким количеством фаз можно использовать для создания вращающегося магнитного поля?

5. Почему при увеличении частоты необходимо увеличивать амплитудное значение напряжения ?

6. Почему вращательное движение расплава приводит к появлению поступательного движения вдоль оси вращения?

7. Почему мелкодисперсный лом нельзя загружать непосредственно в плавильную печь?

Лабораторная работа 4

МГД-ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЬ С ПОПЕРЕЧНЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ, УСТАНОВЛЕННЫЙ СБОКУ ВАННЫ

Цель работы: Исследовать влияние МГД-перемешивателя с поперечным магнитным потоком, расположенным сбоку ванны на эффективность перемешивания и на скорость процесса плавления металла.

Оборудование и приборы

1. Частотный преобразователь "Веспер".

2. Физическая модель МГД-перемешивателя с поперечным магнитным потоком, установленного сбоку ванны.

3. Температурный датчик.

4. Система измерений электро-физических величин «LabVIEW SignalExpress».

Краткие теоретические сведения

Магнитогидродинамическое перемешивание металлов в литейно-плавильных агрегатах, как способ, используется достаточно давно - с 50-х годов 20-го века и в настоящий момент приобрел большую популярность ввиду многих существенных достоинств несмотря на то что существуют и другие способы приготовления сплавов с интенсификацией физико-химических процессов, протекающих в рабочей зоне печей. В частности к другим известным способами относится перемешивание механическими вращающимися роторами и вдуваемыми газодинамическими потоками. Наиболее востребованным способом для приготовления сплавов в печах на сегодняшний день является способ электромагнитного перемешивания. Он заключается в использовании совместно с печью (или транспортным ковшом) электромагнитного перемешивателя, индуктор которого устанавливается с одной из сторон печи (ковша) или под подиной ванны. Кроме индукторов, создающих бегущие магнитные поля, используют также системы с перемещаемыми постоянными магнитами под подиной печи.

С помощью перемешивания можно добиться увеличения производительности переплавки слябов в печах. В настоящее время для переплавки металлов применяются печи с газовым и электрическим нагревом.

Особенностью нагрева металла в таких печах является то, что энергия, в основном, передается от электронагревателей к расплаву путем излучения. Поэтому при длительном нагреве перепад температуры между верхним и нижними слоями расплава достигает свыше 100^оС. Высокая температура верхнего слоя способствует окислению и насыщению жидкого металла водородом. Для нивелирования окисления, увеличения скорости технологического процесса плавки металла и экономии энергии используют МГД-перемешиватели для выравнивания температуры во всем объеме ванны.

При включении индуктора МГДП с поперечным магнитным потоком, установленного сбоку ванны, жидкий металл в печи приводится в движение. Поток горячего расплава начинает «подмывать», помещенный в печь, сляб, увеличивая скорость плавки металла, что в свою очередь снижает расход газа, электроэнергии, необходимой для работы электронагревателей.

Рисунок 4.1 – Поперечное бегущее магнитное поле

Ключевой особенностью МГД-перемешивателя с поперечным магнитным потоком является то, что линии магнитной индукции замыкаются поперек уровня жидкого металла. На рис.4.1 схематично представлен магнитный поток и вихревые токи в расплаве металла, возникающие при работе МГД-перемешивателя установленного с боковой стороны печи с поперечным магнитным потоком.

В результате воздействия бегущего ЭМП в расплаве возникают вихревые токи, а с ними и поле сил Лоренца действующих на расплав. Из анализа распределения сил, видно, что кроме тангенциальных сил, обеспечивающих горизонтальное движение расплава, существуют значительные нормальные составляющие сил (силы отталкивания), особенно на входной части индуктора, что обусловлено входным эффектом. Значительные тангенциальные силы на выходе индуктора и преобладание их над нормальными силами обеспечивают тангенциальное движение расплава.

Устройство и принцип работы модели. Лабораторная установка (рис. 4.2) включает в себя непосредственно саму печь 1 с нагревателями 4, разгрузочным окном 2 и датчиком температуры 7. Конструкция печи выполнена из огнеупорного материала, позволяющего снизить тепловые потери и уменьшить температуру на поверхности печи для удовлетворения технике безопасности. Также печи находится некоторое количество металла 3.

Индуктор, состоит из катушек 5 и магнитопроводов 6. Катушки 5 представляют собой трехфазную систему медных проводников. Магнитопроводы 6 состоят из множества листов электротехнической стали. С их помощью можно сконцентрировать магнитный поток в нужном направлении (именно поэтому магнитопровод также называют концентратором).

При включении нагревателей 4, температура в печи увеличивается и металл 3 начинает плавиться. После завершения процесса плавления металла 3 в печь помещается твердый слиток. Затем в сеть включается МГД-перемешиватель с поперечным магнитным потоком. При подаче напряжения на катушки 5 по ним начинает протекать ток, ток создает магнитный поток, который замыкается через магнитопроводы 6 через жидкий металл 3, наводя в нем вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля и вихревых токов создают усилие, приводящее металл в движение.

а)	б)
Рисунок 4.2 – Физическая модель печи с МГД-перемешивателем с поперечным магнитным потоком, установленным сбоку. А – вид сбоку, б – вид сверху.

Применение. Комплексы для бесканального МГД-перемешивания поставляются на алюминиевые и металлургические заводы для увеличения производительности процесса переплавки металла и сокращения затрат газа и электроэнергии.