Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2024
Идентификатор DOI: 10.24160/0013-5380-2024-4-27-35
Ключевые слова: alternating electromagnetic field, light alloys, electromagnetic crystallizer, crucibleless melting, temperature field, velocity field in liquid metal, numerical modeling, переменное электромагнитное поле, легкие сплавы, электромагнитный кристаллизатор, бестигельная плавка, температурное поле, поле скоростей в жидком металле, численное моделирование
Аннотация: Статья посвящена научным основам разработки технологий плавки и литья в переменном электромагнитном поле сплавов на основе алюминия и титана. Инновационные технологии плавки и литья легких сплавов в переменном электромагнитном поле в ХХI в. уже невозможно разработать и реализовать без цифрового сопровождения, методологии цифровых дПоказать полностьювойников и численных моделей, сочетающих тесно связанные электромагнитные, термодинамические, гидродинамические и механические процессы. Разработана уникальная технология непрерывного литья круглых слитков малого диаметра в электромагнитный кристаллизатор с непосредственным охлаждением водой поверхности кристаллизующегося металла. Технология позволяет одновременно достичь ряд уникальных эффектов, существенно изменяющих качество и свойства получаемых заготовок (снижение количества нежелательных примесей и включений в структуре металла, равномерное распределение фаз и зерен в структуре металлического слитка, равномерное распределение химических элементов и соединений в металлической матрице). Явление образования внутри цилиндра жидкой фазы титановых сплавов было предсказано на численной модели и подтверждено экспериментальными исследованиями. Уникальное сочетание теплофизических свойств титана с воздействием переменного электромагнитного поля в индукторе позволяет получить до 90 % общей массы титановой цилиндрической заготовки в жидкой фазе. Особую роль в достижении этого результата играют магнитогидродинамические (МГД) эффекты после начала расплавления. Scientific principles of the development of technologies for melting and casting aluminum and titanium-based alloys in an alternating electromagnetic field are considered. In the 21st century, innovative technologies for melting and casting light alloys in an alternating electromagnetic field can hardly be developed and implemented unless being supported with digital technologies, and methodology of digital twins and numerical models combining closely interconnected electromagnetic, thermodynamic, hydrodynamic and mechanical processes. A unique technology for continuously casting small-diameter round ingots into an electromagnetic crystallizer with the crystallizing metal surface directly cooled with water has been developed. By applying the newly developed technology it becomes possible to simultaneously achieve a number of unique effects that alter significantly the quality and properties of the resulting billets (reduction in the amount of undesirable impurities and inclusions in the metal structure, uniform distribution of phases and grains in the metal ingot structure, and uniform distribution of chemical elements and compounds in the metal matrix). The occurrence of a titanium alloy liquid phase inside the cylinder was predicted using a numerical model and confirmed by experimental studies. Owing to a unique combination of the titanium thermophysical properties with the action of an alternating electromagnetic field in an inductor, up to 90% of the total mass of a titanium cylindrical billet can be obtained in the liquid phase. Magnetohydrodynamic effects that come into picture after the start of melting play a special role in achieving this result.
Журнал: Электричество
Выпуск журнала: №4
Номера страниц: 27-35
ISSN журнала: 00135380
Место издания: Москва
Издатель: Российская академия наук, Отделение физико-технических проблем энергетики РАН, Федерация энергетических и электротехнических обществ