УДК 621.365.51

DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.04.055

МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ДЛИТЕЛЬНО ПРОТЕКАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ИНДУКЦИОННОЙ КАНАЛЬНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНОЙ КАТАНКИ

Авторы
А.А. Щерба¹*, чл.-корр. НАН Украины, А.Д. Подольцев¹, докт.техн.наук, И.Н. Кучерявая¹, докт.техн.наук, В.М. Золотарев², докт.техн.наук, Р.В. Белянин^2
1 – Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев, 03057, Украина,
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
² – ПАТ "Завод "Южкабель",
ул. Автогенная, 7, Харьков, 61099, Украина
* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-0200-369X

Проведено мультифизическое моделирование длительно протекающих (десятки часов), разномасштабных по времени электромагнитных и тепловых переходных процессов в индукционной канальной печи, используемой в технологии получения медной катанки. В основу реализации моделирования положены связанные между собой нелинейные электрическая и тепловая эквивалентные цепи, учитывающие такие факторы, как зависимость электропроводности и теплоемкости нагреваемого медного шаблона от температуры, наличие фазового перехода при его нагреве до температуры выше температуры плавления, периодическая загрузка холодных медных катодов в зону расплава и непрерывное литье медных заготовок. Показано, что протекающие при этом динамические процессы тепло- и массопереноса могут моделироваться эквивалентной тепловой цепью с нелинейными и коммутируемыми емкостями. Компьютерная реализация метода выполняется в программе Matlab/Simulink/SPS. Для снижения затрат компьютерного времени предложен и реализован подход искусственного уменьшения частоты источника электропитания с одновременным пропорциональным увеличением всех индуктивностей в эквивалентной электрической цепи. Приведенные результаты тепловых расчетов позволяют выбирать рациональные технологические режимы и параметры установки. Библ. 12, рис. 7.

Ключевые слова: индукционная канальная печь, электромагнитные процессы, тепловые процессы, фазовый переход при плавлении заготовки, мультифизическая цепь, компьютерное моделирование.

Поступила                              14.03.2017
Окончательный вариант     04.05.2017
Подписано в печать             15.06.2017

УДК 621.365.51

МОДЕЛЮВАННЯ ТА КОНТРОЛЬ ТРИВАЛИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ І ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ В ІНДУКЦІЙНІЙ КАНАЛЬНІЙ ПЕЧІ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА МІДНОЇ КАТАНКИ

Автори
А.А. Щерба¹, чл.-кор. НАН України, О.Д. Подольцев¹, докт.техн.наук, І.Н. Кучерява¹, докт.техн.наук, В.М. Золотарьов², докт.техн.наук, Р.В. Білянін^2
1 – Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна,
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
² – ПАТ "Завод"Південкабель",
вул. Автогенна, 7, Харків, 61099, Україна

Проведено мультифізичне моделювання тривалого перебігу (десятки годин) різномасштабних за часом електромагнітних та теплових перехідних процесів в індукційній канальній печі, яка використовується в технології виготовлення мідної катанки. В основу реалізації моделювання покладено позв'язані між собою нелінійні електричне та теплове еквівалентні кола, в яких враховуються такі фактори, як залежність від температури електропровідності і теплоємності мідного шаблона, наявність фазового переходу при його нагріванні до температури вище температури плавлення, періодичне завантаження холодних мідних катодів у зону розплаву та безперервне лиття мідних заготовок. Показано, що динамічні процеси тепло- і масопереносу можуть моделюватися еквівалентним тепловим колом з нелінійними та комутуючими ємностями. Комп'ютерна реалізація методу виконується в програмі Matlab/ Simulink/SPS. Для зниження витрат комп'ютерного часу запропоновано метод штучного зменшення частоти джерела електроживлення з одночасним пропорційним збільшенням усіх індуктивностей в еквівалентному електричному колі. Наведені результати теплових розрахунків дозволяють вибирати раціональні технологічні режими та параметри установки. Бібл. 12, рис. 7.

Ключові слова: індукційна канальна піч, електромагнітні процеси, теплові процеси, фазовий перехід при плавленні заготовки, мультифізичне коло, комп'ютерне моделювання.

Надійшла                         14.03.2017
Остаточний варіант       04.05.2017
Підписано до друку       15.06.2017

Література

1. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. – М.: Энергия, 1967. – 416 c.
2. Золотарев В.М., Белянин Р.В., Подольцев А.Д. Анализ электромагнитных процессов в индукционной канальной печи, используемой в кабельной промышленности // Праці Інституту електродинаміки НАН України. – 2016. – Вип. 44. – С. 110-115.
3. Золотарев В.М., Щерба М.А., Золотарев В.B., Белянин Р.В. Трехмерное моделирование электромагнитных и тепловых процессов индукционной плавки медного шаблона с учетом конструкции элементов установки. // Техн. електродинаміка. – 2017. – № 3. – С. 13–21.
4. Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Мультифизическое моделирование в электротехнике. – К.: Інститут електродинаміки НАН України, 2015. – 305 с.
5. Самарский А.А., Моисеенко В.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана // Журн. выч. математики и мат. физики. – 1965. – Т. 5. – № 5. – С. 816–827.
6. Сипайлов Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. – М.: Высшая школа, 1989. – 239 с.
7. Столович Н.Н., Миницкая Н.С. Температурные зависимости теплофизических свойств некоторых металлов. – Минск: Наука и техника, 1975. – 160 c.
8. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. – М.: Металлургия, 1979. – 247 с.
9. Щерба А.А., Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н., Ушаков В.И. Компьютерное моделирование электротепловых процессов и термомеханических напряжений при индукционном нагреве движущихся медных слитков. // Техн. електродинаміка. – 2013. – № 2. – С. 10–18.
10. Comsol Multiphysics. – www.comsol.com.
11. Rantanen M. The "UPCAST" method of producing copper wire // Wire industry. – 1976. – No 511. – Рр. 565–567.
12. UPCAST Products: официальный сайт компании UPCAST. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.upcast.com/rus/upcast-products.html

PDF