Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Малышев Александр Анатольевич. Исследование и разработка индукционных нагревателей плоских тел перед прокаткой : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.10 : Санкт-Петербург, 2004 122 c. РГБ ОД, 61:04-5/2273

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
Введение 5

1. ПРОБЛЕМА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПЛОСКИХ ТЕЛ

В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 11

  1. Типы установок и основные проблемы нагрева крупногабаритных слябов 14

  2. Индукционные установки для нагрева полосы проката и

тонких слябов 19

  1. Особенности моделирования нагрева плоских тел 24

  2. Энергетические и экологические аспекты нагрева слябов 27

  3. Выводы 29

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ПЛОСКИХ ТЕЛ В

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 30

2.1.Области эффективного использования одномерных моделей 30

2.2. Двухмерные электротепловые модели 33

  1. Метод решения внешней электрической задачи 34

  2. Метод решения внутренней электротепловой задачи

в поперечном сечении 42

2.3. Эффективный метод решения трехмерной
электромагнитной задачи 50

  1. Структура и возможности программы 52

  2. Сравнение с экспериментальными данными 55

2.4. Выводы по главе 56

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И

ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ

НАГРЕВЕ СЛЯБОВ 57

  1. Сравнение различных типов индукционных нагревателей толстых слябов 57

  2. Моделирование комплекса непрерывная

разливка - непрерывная прокатка 61

3.3. Результаты моделирования температурных полей

в полосе подката 73

  1. Индукционный нагреватель полосы перед покраской 81

  2. Выводы по главе 83

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТОРОВ ДЛЯ ПОДОГРЕВА

КРОМОК ПОЛОСЫ ПОДКАТА 85

  1. Математическая модель 86

  2. Постановка задачи 88

  3. С-образный индуктор для подогрева кромок сляба 90

  4. Щелевой индуктор 94

  5. Щелевой индуктор с поперечным магнитным полем 99

  6. Щелевой индуктор с параллельным подключением витков 103

  7. Тепловые расчеты 1 Об

  8. Щелевой индуктор со смешанным полем 112

  9. Выводы по главе 115

Заключение 116

Библиографический список использованной литературы 117

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

НРНП - непрерывная разливка - непрерывная прокатка

ИНУ - индукционная нагревательная установка

ИН - индукционный нагрев

МКР - метод конечных разностей

МКЭ - метод конечных элементов

МГЭ - метод граничных элементов

МИУ - метод интегральных уравнений

НЛМК - Новолипецкий металлургический комбинат

Введение к работе:

Структурные изменения в металлургической промышленности индустриально развитых стран в последней трети XX века привели к широкому внедрению индукционного нагрева в металлургии. Плавка металлов в индукционных тигельных и канальных печах занимала и ранее относительно большое место в металлургической промышленности. Однако внедрение технологических процессов непрерывной разливки с последующей прокаткой, непрерывной термообработки и покрытия ленты защитными материалами, термообработки труб, штамповки сплавов в тверд ожид ком состоянии методом тнксоформовки привели к острой потребности в высокоэффективных индукционных установках с контролируемым прецизионным нагревом металла. Компактные, практически без тепловой инерции и всегда готовые к работе индукционные нагреватели идеально вписываются в непрерывные автоматизированные линии.

В настоящее время области потенциального использования индукционного нагрева в металлургической промышленности чрезвычайно велики. Нагрев толстых слябов перед прокаткой может осуществляться от температуры окружающей среды до температуры прокатки. Наиболее экономически выгодный подход, снижающий стоимость нагрева тонны металла при существенном уменьшении окалинообразования и обезуглероживания, заключается в нагреве металла после выхода из газовой печи (900-1150С) до температуры прокатки (1150-1250 С).

Развитие технологии непрерывной разливки - непрерывной прокатки позволяет исключить зону хранения слябов и повторного их нагрева, что делает эту технологию энергосберегающей и существенно снижающей материальные затраты на производство тонны проката. Возможным согласующим звеном между установкой непрерывной разливки и прокатным

станом может быть индукционный нагреватель, который позволяет гибко и оперативно корректировать и формировать температурное поле сляба, обеспечивая максимальную производительность стана и, главное, высокое качество прокатки. Роль индукционного нагрева возрастает при использовании его в современных новейших линиях разливки тонких слябов с толщиной 20-50 мм. Чрезвычайно эффективно применение индукционного нагрева для подогрева кромок тонких слябов или полосы подката на промежуточных рольгангах между черновыми и чистовыми клетями прокатного стана.

Производство листового проката с покрытием повышенной стойкости против коррозии, улучшенными свойствами свариваемости, окрашиваемое, пылезащищенности значительно возросло во всем мире, что объясняется постоянным увеличением спроса автомобильной промышленности в данной продукции. Индукционный способ нагрева тонколистовых ферромагнитных материалов является одним из самых перспективных для применения в линиях непрерывного отжига, горячего цинкования и др.

В целом структура использования индукционного нагрева в металлургии отображена на рис. 1.1. Обобщенно можно выделить две главные группы индукционных нагревателей, которые используются в металлургической промышленности:

индукционные нагреватели блюмсов, слябов и полос

индукционные нагреватели лент.

Установка

непрерывной

разливки

)

Жилки! металл

Толстые слябы

Газовый нагреватель

Тонкие слябы

Индукционный нагреватель

Туннельная печь

-МММ-

Стан

предварительной

прокатки

Индукционный нагреютель

Индукционный нагреватель

Прокатный стаи

Стан чистовой прокатки

Лист

Ста в і

холодной прокатки

Индукционный нагреватель

Горячекатаїшьш

лист

_jf Холоднокатаними
^ лист

Термообработанный

лист

Газовый н\илн

индукционный*

нагреватель

Оцинкованный лист

Е^

Отливка и

получение

слябов

Склад холодных толстых слябов

Вапна расплава

Агрегат ropjracro цинкования

Индукционный иаі-рсватель

Оцинкованный лист со специальными с во Пет вам и і

Рис. 1.1. Использование индукционного нагрева в металлургии

Установки индукционного нагрева в металлургической промышленности имеют уровень мощности, доходящий до нескольких десятков и даже сотен мегаватт. Ошибки в проектировании этих установок приводят к чрезвычайно неприятным и дорогостоящим последствиям. Поэтому возникает необходимость достаточно точного расчета электромагнитных и температурных полей в системе, учет при моделировании других агрегатов в линии.

Доведение температурного поля сляба до необходимых кондиций непосредственно перед прокаткой наиболее перспективно осуществлять в индукционных нагревательных установках (ИНУ) благодаря ряду общеизвестных преимуществ, таких как: хорошие энергетические показатели, высокая скорость нагрева, более экономичное использование деформирующего оборудоваЕіия, небольшие габариты установок, легкость механизации и обслуживания, в том числе при пуске, остановке, смене номенклатуры изделий, и быстрой окупаемости. Кроме того, это связано с растущей долей электроэнергии среди всех видов энергии, а тем самым повышением роли электротермии в стратегии энергетического выбора.

Индукционный нагрев (ИН) является одним из наиболее сложных электротермических процессов. Основную роль играют электромагнитные и тепловые процессы. В результате нагрева и структурных превращений также возникают внутренние термические и структурные напряжения. Отсюда следует - проектирование высокопроизводительных установок нагрева тел прямоугольного сечения, особенно ферромагнитных, а также определение оптимальных режимов нагрева, являются очень сложными задачами (в основном из-за высоких требований по качеству и экономичности нагрева). Проведение натурных экспериментов с целью получения информации, облегчающей проектирование и управление, затруднительно и экономически невыгодно. В этих условиях качественное проектирование ИНУ тел

прямоугольного сечения наиболее эффективно при использовании математических моделей процессов нагрева.

Это предопределило задачи и структуру диссертационной работы.

Цель работы. Исследование и разработка ИНУ для нагрева стальных слябов в линии НРНП. Создание проблемно-ориентированной трехмерной электротепловой модели процесса НРНП тел прямоугольного и со скругленными углами сечения, ориентированной на исследование и проектирование полностью всей линии непрерывной разливки - прокатки, включая зоны охлаждения сляба при выходе из кристаллизатора, пребывания заготовки в зонах теплового отстоя или газовых печах и конечный подогрев в ИНУ.

Исследование ИНУ для подогрева кромок тонких слябов и полосы подката. Создание двухмерных электромагнитных моделей индукционных нагревателей кромок тонких слябов и полосы подката.

В первом разделе рассмотрены проблемы индукционного нагрева плоских тел в металлургическом производстве, вызванные внедрением в конце XX века в производство линий НРНП. В связи с этим, рассмотрены основные области использования нагрева тел плоской формы такие, как нагрев крупногабаритных слябов и нагрев тонких слябов. Проведен анализ особенностей моделирования нагрева плоских тел. Рассмотрены энергетические и экологические аспекты нагрева слябов.

Второй раздел посвящен разработке квазитрехмерной модели комплексов НРНП. Описана разработанная квазитрехмерная модель и программа расчета электромагнитного и теплового полей для тел с прямоугольной и со скругленными углами формой поперечного сечения.

В третьем разделе исследуются овальные индукционные нагреватели слябов для подъема общего уровня температуры.

В четвертом разделе исследуются индукционные нагреватели кромок слябов. Рассмотрены два основных типа ИНУ для подогрева кромок:

щелевой индуктор и с-образный индуктор. На основании полученных результатов предложена новая конструкция ИНУ: щелевой индуктор с параллельным подключением витков.

Методы исследования. Исследования электромагнитных, тепловых полей и интегральных параметров индукционных систем проводились методами математической физики и вычислительной математики. Разработанная математическая модель базировалась на комбинации метода интегральных уравнений, метода конечных элементов и метода конечных разностей.

Достоверность полученных результатов определялась путем параллельных расчетов различными методами, сравнением расчетных результатов с экспериментальными и опубликованными в других работах и с тестовыми расчетами с использованием сертифицированных коммерческих пакетов Ansys, Maxwell 2D, Flux 2D.

На защиту выносятся следующие основные положения:

  1. Выявлены технологические особенности индукционного подогрева плоских тел перед прокаткой и проведена классификация индукторов по технологическому назначению.

  2. Двухмерная электротепловая модель индукционного нагрева плоских тел с прямоугольным поперечным сечением и со скругленными углами.

  3. Квазитрехмерная электротепловая проблемно-ориентированная модель процесса нагрева тел с прямоугольной и со скругленными углами формой поперечного сечения перед прокаткой.

  4. Сравнительный анализ электромагнитных и температурных полей плоских тел при использовании известных типов индукторов и новая конструкция индуктора для подогрева кромок полосы подката и тонких слябов.

Подобные работы
Демидович Виктор Болеславович
Теория, исследование и разработка индукционных нагревателей для металлургической промышленности
Зиннатуллин Дмитрий Анатольевич
Исследование и разработка трубчатого индукционного нагревателя жидкости
Шумаков Михаил Александрович
Разработка и исследование системы индукционного нагрева вязких жидкостей при производстве строительных мастик
Обухова Алла Васильевна
Исследование и разработка индукционной системы выплавки тротила для конверсионных технологий
Пронин Александр Михайлович
Исследование и разработка методов расчета индукционных систем с магнитопроводами
Крылов Алексей Николаевич
Исследование и разработка системы косвенного индукционного нагрева при производстве пенополистирольных плит
Данилушкин Василий Александрович
Разработка и исследование индукционных установок косвенного нагрева в технологических комплексах транспортировки нефти
Трофимов Дмитрий Викторович
Разработка и исследование процесса плазменного напыления однородных металлических покрытий с формированием потока частиц ультразвуковым распылением пруткового материала
Урбах Андрей Эрихович
Разработка и исследование электродуговых плазмотронов с длительным ресурсом работы для электротехнологий плазменного воспламенения угля, резки и сварки металлов
Бузуев Алексей Николаевич
Разработка и исследование системы индукционного нагрева для пайки многослойных изделий

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net