DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.04.118 УДК 621.74:537.84 РОЗРАХУНКОВЕ ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПЕРЕМІШУВАННЯ РІДКОГО МЕТАЛУ В ГАРНІСАЖНОМУ ТИГЛІ ПРИ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВІЙ ПЛАВЦІ
Автори
Представлено особливості технології електронно-променевого гарнісажного плавлення тугоплавких металів та сплавів. Сформульовано її переваги та недоліки. Одним з основних напрямків подальшого розвитку визнано підвищення максимального об’єму розплаву в гарнісажному тиглі. Обґрунтовано необхідність проведення математичного моделювання мультифізичних процесів з метою раціонального вибору конструкції гарнісажного тигля з системою електромагнітного перемішування, що забезпечує одержання до 150 кг розплаву титану за одну плавку. Зокрема, розглянуто питання вибору конструкції та режимів роботи системи електромагнітного перемішування з акцентом на особливостях її роботи на початковому етапі накопичення розплаву. Наведено методику чисельного тривимірного моделювання електромагнітного поля і гідродинаміки в системі "індуктор – гарнісажний тигель". Електромагнітна задача сформульована відносно векторного магнітного та скалярного електричного потенціалів, гідродинамічна – у вигляді рівнянь Нав'є-Стокса з використанням низькорейнольдсової k-ε моделі турбулентності. Серед факторів, що визначають ефективність електромагнітного перемішувача, розглядалися: кількість котушок індуктора, кут зсуву фаз між струмами сусідніх котушок, напрям біжучого магнітного поля, частота живлення. Електромагнітна та гідродинамічна задачі розраховувалися для п’яти положень границі між розплавом та гарнісажем, які відповідають послідовним етапам плавки з поступово збільшеним об’ємом розплаву в тиглі. Розглядалися індуктори з двома, трьома та шістьма котушками. При порівнянні варіантів за критерій ефективності перемішування приймалася середня швидкість руху в об'ємі розплаву. Представлено результати розрахункового дослідження, запропоновано алгоритм роботи системи електромагнітного перемішування. Бібл. 9, рис. 8. Ключові слова: електронно-променеве плавлення, гарнісажний тигель, система електромагнітного перемішування, математичне моделювання електромагнітних та гідродинамічних процесів.
Надійшла 01.11.2017 УДК 621.74:537.84 РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В ГАРНИСАЖНОМ ТИГЛЕ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПЛАВКЕ
Авторы
Приведена краткая информация по истории и особенностям технологии электронно-лучевой гарнисажной плавки тугоплавких металлов и сплавов. Сформулированы ее преимущества и недостатки. Одним из основных направлений дальнейшего развития признано повышение максимального объема расплава в гарнисажном тигле. Обоснована необходимость проведения математического моделирования мультифизических процессов с целью рационального выбора конструкции гарнисажного тигля с системой электромагнитного перемешивания, которая обеспечивает получение до 150 кг расплава титана за одну плавку. В частности, рассмотрены вопросы выбора конструкции и режимов работы системы электромагнитного перемешивания с акцентом на особенностях ее работы на начальном этапе накопления расплава. Приведена методика численного трехмерного моделирования электромагнитного поля и гидродинамики в системе "индуктор - гарнисажный тигель". Электромагнитная задача сформулирована относительно векторного магнитного и скалярного электрического потенциалов, гидродинамическая – в виде уравнений Навье-Стокса с использованием низкорейнольдсной k-ε модели турбулентности. Среди факторов, определяющих эффективность электромагнитного перемешивателя, рассматривались: количество катушек индуктора, угол сдвига фаз между токами соседних катушек, направление бегущего магнитного поля, частота питания. Электромагнитная и гидродинамическая задачи рассчитывались для пяти положений границы между расплавом и гарнисажем, которые соответствуют последовательным этапам плавки с постепенно увеличенным объемом расплава в тигле. Рассматривались индукторы с двумя, тремя и шестью катушками. При сравнении вариантов в качестве критерия эффективности перемешивания принималась средняя скорость движения в объеме расплава. Представлены результаты расчетного исследования, предложен алгоритм работы системы электромагнитного перемешивания. Библ. 9, рис. 8. Ключевые слова: электронно-лучевая плавка, гарнисажный тигель, система электромагнитного перемешивания, математическое моделирование электромагнитных и гидродинамических процессов.
Поступила 01.11.2017 Література |