Трехфазный дозатор на базе насоса с поперечным потоком

Введение
1 Анализ основных методов и средств индукционного МГД оборудования в металлургии и литейном производстве
1.1 Общие сведения о производстве и потреблении алюминия
1.2 Описание технологии приготовления алюминиевых сплавов.
1.3 Обзор состава агрегата для приготовления алюминиевых сплавов
1.4 Способы перекачивания и дозирования расплава при литье
1.5 Принцип действия и область применения МГД-насосов-дозаторов
1.6 Технология дозирования расплава
1.7 Результаты патентного поиска
1.8 Выводы по разделу
2 Проведение натурных экспериментов на физической экспериментальной установке
2.1 Общие сведения
2.2 Физическое моделирование МГД-насоса-дозатора
2.3 Результаты проведения экспериментального исследования физической модели МГД-насоса-дозатора
2.4 Выводу по разделу
3 Математическая модель экспериментального МГД-насоса-дозатора
3.1 Общие сведения
3.2 Математическая модель для анализа электромагнитного поля
3.3 Вычислительная модель процесса расчета цилиндрического насоса-дозатора
3.4 Результаты математического моделирования МГД-насоса-дозатора
3.5 Сравнение результатов математического моделирования и физического исследования МГД-насоса-дозатора
3.6 Выводу по разделу
4 Промышленный МГД-насоса-дозатор с поперечным магнитным полем
4.1 Общие сведения
4.2 Управление режимами МГД-насоса-дозатора
4.3 Математическая модель промышленного МГД-насоса-дозатора с поперечным магнитным полем
4.4 Выводу по разделу
Заключение
Список использованных источников

Весь текст будет доступен после покупки

На качество производимых алюминиевых сплавов существенно влияет стабильность процесса выдачи расплава алюминия из раздаточного миксера, а также его доставка до кристаллизаторов литейных машин и конвейеров. На протяжении последних десятилетий совершаются попытки механизации и автоматизации данного процесса, но на практике возникают сложности из-за агрессивности жидкого алюминия и его повышенной окисляемости. В настоящее время известны механические способы дозированной подачи металла. Однако эти способы недостаточно надежны, или чрезмерно дороги.
В данной работе рассмотрены альтернативные механические способы решения возникающей проблемы посредством индукционных магнитогидродинамических (МГД) насосов-дозаторов. Еще одной актуальной проблемой является поддержание температуры литья расплава до попадания в кристаллизатор. В начале литья, когда температура огнеупоров минимальная падение температуры расплава может превышать 100 градусов Цельсия до тех пор, пока огнеупоры не прогреются от расплава алюминия. Поэтому расплав в печи перегревают, чтобы компенсировать потери литья в начале, но это же и приводит к нарушению технологии из-за повышения температуры по мере прогрева огнеупоров и понижения потерь в лотке. Альтернативное и дорогое решение – использовать обогрев оков до 700 градусов Цельсия. Вышеперечисленное указывает на актуальность выбранной темы исследования.
В данной работе была поставлена следующая цель – разработка и поставка комплекса обогреваемых желобов для раздачи металла в литейные системы при литье цилиндрических слитков, обеспечивающего потери тепла не более 2 ? на 1 метр длины и постоянный уровень металла в желобах с колебанием не более +/- 2 мм, что невозможно достичь с помощью ручного регулирования. В настоящее время известны такие способы электромагнитного воздействия на расплав в канале с помощью индукционных МГД-устройств. Однако все известные индукционные МГД-устройства требуют водяного охлаждения токоведущих частей, что неприемлемо для литейных производств из-за высокой опасности парового взрыва при контакте расплава алюминия и воды.
Необходимо разработать конструкцию индукционного МГД-насоса-дозатора с поперечным магнитным потоком, вынесенным за пределы леточного пространства, в режиме «плавления» в котором, создается значительный сквозной ток, который способен расплавить алюминиевую «пробку» в начале литья и обеспечить термостабилизацию расплава без перегрева расплава в печи. Однако пока не существует конструкции индуктора и общих требований к ее разработке. Поэтому актуальной является задача формализации технических требований к новой технической системе, разработка численной модели расчёта электромагнитных полей в установке, верификации математических моделей и разработка действующего образца.

Весь текст будет доступен после покупки

Общие сведения о производстве и потреблении алюминия

Алюминий является одним из самых молодых металлов, который открыт человеком. В природе алюминий в чистом виде отсутствует. Из-за появления электричества и стремительного развития области химии получить алюминий удалось лишь XIX в. За прошедший век технология получения алюминия по методу Холла – Эру многократно совершенствовалась, однако она остается главной и основной технологией получения алюминия. Метод Холла-Эру электролитический способ получения алюминия в промышленных масштабах был изобретен одновременно двумя учеными из разных стран и почти одно временно ими запатентован. Это были французский металлург Поль Луи-Туссен Эру и американский инженер-химик Чарльз Мартин Холл.
Современное получение алюминия осуществляется по методу Холла – Эру путем электролитического разложения глинозема (Al2O3), растворенного в электролите (расплавленный криолит (Na3AlF6) с добавками). Технологический процесс осуществляется при 950–965? в электролизных ваннах (электролизерах) [1].
По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов (7,45%), а вместе с кислородом и кремнием составляет 82,58% массы земной коры. Он входит в состав около 250 минералов, 40% которых относится к алюмосиликатам.
Металлургия алюминия сводится к разработке и обогащению сырья для производства алюминия, переработке сырья (преимущественно бокситов) в глинозем, получению из глинозема первичного алюминия (алюминия-сырца) и получению сплавов на основе алюминия. Сплавы алюминия можно разделить на литейные сплавы и сплавы для проката и прессования.
Алюминиевой рудой называют горную породу с высоким содержанием окиси алюминия в доступной для извлечения форме, образующую крупные залежи.
В настоящее время методы получения глинозема можно поделить на три вида: щелочные, кислотные и электротермические. Наиболее широкое применение получили щелочные методы.
В одних видах щелочных методов боксит, обезвоженный при 1000 0C, измельчают в шаровых мельницах, смешивают в определенных пропорциях с мелом и содой и спекают для получения растворимого в воде твердого алюмината натрия. Спекшуюся массу измельчают и выщелачивают водой, алюминат натрия при этом переходит в раствор.
В других видах щелочного метода глинозем, содержащийся в боксите, связывают в алюминат натрия путем непосредственной обработки руды щелочами. При этом сразу получается раствор алюмината в воде. В обоих случаях образование водного раствора алюмината натрия приводит к отделению его от нерастворимых компонентов руды, представляющих собой в основном окиси и гидроокиси кремния, железа и титана. Отделение раствора от нерастворимого осадка, называемого красным шламом, осуществляют в отстойниках. В полученный раствор при 125 0C и давлении 5 атм. добавляют известь, что приводит к обескремниванию - CaSiO уходит в осадок, образуя белый шлам. Очищенный от кремния раствор после отделения его от белого шлама обрабатывают углекислым газом при 60-80 0C, в результате чего в осадок выпадает кристаллический гидрат окиси алюминия. Его промывают, просушивают и прокаливают. Прокаливание приводит к образованию глинозема. Этот способ обеспечивает довольно полное извлечение глинозема из боксита - около 80%.
Сам алюминий получают электролизом раствора глинозема Al2O3 в расплавленном криолите. Al2O3 должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия, примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al2O3 около 1050 оС, а криолита – 1100 0С.
Электролизу подвергают расплавленную смесь криолита и Al2O3, содержащую около 10% массы Al2O3, которая плавится при 960 0С и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF3, CaF2 и MgF2 проведение электролиза оказывается возможным при 950 0С.
Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно (под), собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это – алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами. На катоде выделяется жидкий алюминий. Алюминий собирается на дне печи, откуда периодически выпускается. На аноде же выделяется кислород. Кислород окисляет графит до оксидов углерода. По мере сгорания углерода анод наращивают.
При электролизе на 1 тонну алюминия расходуется около 2 т глинозема, 0,6 т угольных электродов, служащих анодами, 0,1 т криолита и от 17 000 до 18 000 кВт?часов электроэнергии. Полученный при электролизе глинозема алюминий-сырец содержит металлические примеси (железо, кремний, титан и натрий), растворенные газы, главным из которых является водород, и неметаллические включения, представляющие собой частицы глинозема, угля и криолита.
В таком состоянии он непригоден для применения, так как имеет низкие свойства, поэтому его обязательно подвергают рафинированию. Неметаллические и газообразные примеси удаляют путем переплавки и продувки металла хлором. Металлические примеси можно удалить только сложными электролитическими способами.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Юрков, А. Л. Производство алюминия : учебное пособие / А. Л. Юрков, И. С. Курошев, М. В. Доброхотова ; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. – Москва : МГУ, 2021. – 110 с.
2. Смолин, Г. К. МГД-насос-дозатор : [монография] / Г. К. Смолин, С. В. Федорова ; Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та. – Екатеринбург : РГППУ, 2003. – 129 с. – ISBN 5-8050-0181-0.
3. Пряжников, П. И. Систмета МГД-дозирования и перекачивания жидкого металла / П. И. Пряжников, Е. А. Павлов, Д. И. Иванов – 2021. – 4 с.
4. Тарасов, Ф. Е. Индукционный МГД-насос с одноплоскостной концентрической обмоткой индуктора для транспортировки магния : специальность 05.09.01 «Электромеханика и электрические аппараты» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Тарасов Федор Евгеньевич ; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. – Екатеринбург, 2015. – 148 с.
5. Туманов, А. Т. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов : справочное руководство / А. Т. Туманов. – Москва : Металлургия, 1978. – 407 с.
6. Хетча, Дж. Е. Алюминий. Свойства и физическое металловедение – справочник / Дж. Е. Хэтч. – Москва. : Металлургия, 1989. – 423 с.
7. Андреев, А. Д. Высокопроизводительная плавка алюминиевых сплавов – справочник / А. Д. Андреев, В.Б. Гогин, Г. С. Макаров. – Москва : Металлургия, 1980. – 136 с.
8. Свенчанский, А. Д. Пути рациональной эксплуатации электрических печей сопротивления – учебное пособие / А. Д. Свенчанский. – Москва : Гоэнергоиздат, 1961. – 80 с.
9. Артюмов, В. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей – учебное пособие / В. А. Артюмов, В. В. Бухмистров, С. А. Крупенников. – Москва : Металлургия, 1990. – 236 с.
10. Анищенко, Л. М. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов – учебное пособие / Л. М. Анищенко, С. Ю. Лавренюк. – Москва : Наука, 1986. – 177 с.
11. Верте, Л. А. Магнитная гидродинамика в металлургии – учебное пособие / Л. А. Верте. – Москва : Металлургия, 1975. – 288 с.

Весь текст будет доступен после покупки