Оценка температурного режима стержней индуктора МГД-перемешивателя при возможном использовании в промышленной алюминиевой печи
Автор: Лекомцев Сергей Владимирович, Хрипченко Станислав Юрьевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.10, 2017 года.
Бесплатный доступ
При производстве алюминиевых сплавов расплав в ванне печи необходимо перемешивать. Для этих целей удобно использовать МГД-устройства. Однако применяемые на практике перемешиватели, являющиеся в большинстве своем линейными индукторами бегущего поля, в силу своих конструктивных особенностей не могут быть достаточно эффективными. Их размеры значительно меньше линейных размеров ванны, полюса их магнитопроводов находятся за пределами стенок ванны и теплоизоляционного слоя, поэтому бегущее магнитное поле, воздействующее на жидкий металл, значительно ослаблено. По этим причинам подобные МГД-перемешиватели имеют большое энергопотребление (сотни кВА). Альтернативой им может стать устройство, представляющее собой систему параллельных стержней (шин), включённых в трёхфазную электросеть и расположенных в непосредственной близости от жидкого металла - сразу же под днищем ванны. Проблемой, на которую необходимо обращать внимание, является охлаждение стержней путём отвода джоулева тепла, выделяющегося при прохождении по ним электрического тока, и тепла, получаемого от жидкого металла в ванне печи. Наиболее просто тепло отводится за счёт конвективного движения воздуха, возникающего в трубчатых стержнях (отпадает необходимость в специальном дополнительном оборудовании). При проведении многовариантных инженерных расчётов в процессе проектирования такого рода устройств необходимо уметь находить значения скорости охлаждающего конвективного потока воздуха в полых стержнях МГД-перемешивателя. В работе приводится численный расчёт поля температур в алюминиевой печи и предлагается простая модель конвективного течения воздуха в шинах индуктора перемешивателя. На основании этой модели и результатов проведенных физических экспериментов получена инженерная полуэмпирическая формула для приближённого вычисления скорости конвективного движения воздуха по полым стержням МГД-перемешивателя.
Алюминиевая отражательная печь, стержневой мгд-перемешиватель, температурное поле, теплоотдача, теплопоток, теплопроводность, турбулентное течение, полуэмпирическая модель
Короткий адрес: https://sciup.org/14320843
IDR: 14320843 | УДК: 536.2 | DOI: 10.7242/1999-6691/2017.10.2.14
Evaluation of temperature regime of rods of inductor of MHD stirrer for possible use in industrial aluminium furnace
In the production of aluminum alloys the melt must be stirred in the bath of a furnace. Generally, stirring is provided by MHD-stirrers. However, MHD-stirrers commonly used in real production are the linear traveling field inductors which cannot be sufficiently effective by reason of their design features. Their sizes are much less than the linear dimensions of the bath and their poles are outside the bath walls and the insulation layer, which essentially reduces the influence of a magnetic field on the molten metal. The electrical power consumed by these stirrers is great (hundreds of kilovolt-ampere). An alternative to these stirrers may be a device with rods connected in parallel to a 3-phase power supply and placed in close proximity to the molten metal, immediately under the bath bottom. The main problem associated with this device is the cooling of rods (Joule heat dissipation released during the passage of electric current and heat from the molten metal bath in the furnace through them). The simplest way to carry out the released heat is the convective movement of air in the tubular rods (there is no need for special additional equipment). For multivariate engineering calculations at the stage of model designing it is necessary to determine the values of a convective air flow in the hollow rods of the inductor of a MHD-stirrer. In the present paper we propose a model for the convective air flow passing through the rods of the inductor of an MHD-stirrer. Based on this model and using the results of physical experiments performed in this study, we have derived a simple semi-empirical formula for approximate computation of the convective velocity of air in the hollow rods of an MHD-stirrer.
Список литературы Оценка температурного режима стержней индуктора МГД-перемешивателя при возможном использовании в промышленной алюминиевой печи
- Павлов Е.А., Боговалов С.В., Тимофеев В.Н., Надточий Д.С. Магнитогидродинамическое перемешивание алюминиевых расплавов в миксерах сопротивления//Вестник СибГАУ. -2006. -№ 5(12). -С. 201-205.
- Протоквилов И.В. МГД-технологии в металлургии (Обзор)//Современная электрометаллургия. -2011. -№ 4(105). -С. 32-41.
- Хрипченко С.Ю., Оборин П.А. Патент РФ RU 2 567 970 C1; заявл. 05.08.2014; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31.
- Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах: Справочник. -М.: Металлургия, 1989. -384 с.
- Бухмиров В.В. Расчёт коэффициента конвективной теплоотдачи: Методические указания к выполнению практических и лабораторных занятий. -Иваново: Издательство ИГЭУ, 2007. -36 с.
- Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие. -М.: Энергия, 1980. -288 с.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. -М.: Дрофа, 2003. -840 c.
- Кикоин И.К. Таблицы физических величин. -М: Атомиздат, 1976. -1008 с.
- Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справочник/Под ред. С.Н. Богданова. -СПб.: СПбГАХПТ, 1999. -308 с.
- Михеев М.А. Теплопередача при турбулентном движении жидкости в трубах//Изв. АН СССР. ОТН. -1952. -№ 10. -С. 1448-1454.
