Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.24160/0013-5380-2025-10-46-55
Ключевые слова: electromagnetic field inductor, normal and tangential electromagnetic forces, crystallizing ingot, rotary casting unit, analytical and numerical solutions to the problem, индуктор электромагнитного поля, нормальные и тангенциальные электромагнитные силы, кристаллизующийся слиток, литейная роторная установка, аналитическое и численное решения задачи
Аннотация: В статье приводятся аналитическое и численное решения задачи о расчёте электромагнитных сил, действующих на непрерывно кристаллизующийся алюминиевый слиток в роторной литейной машине при воздействии на него переменного магнитного поля индуктора. В зависимости от принятых допущений построены двухмерная и трёхмерная расчётные модели.Показать полностьюАналитическое решение получено на основе двухмерной расчётной модели при большем числе допущений. Численное решение получено на основе трёхмерной расчётной модели, учитывающей реальные геометрические размеры и токовую нагрузку. Нормальные к поверхности слитка электромагнитные силы используются для прижима расплава слитка к кольцевой канавке колеса кристаллизатора. Тангенциальные силы обеспечивают перемешивание жидкой сердцевины кристаллизующегося слитка и способствуют улучшению его структуры. Показано, что изменением угла сдвига фаз токов в пазах трехфазного индуктора можно управлять соотношением нормальных и тангенциальных сил. Полученные аналитические выражения показывают, что относительные электромагнитные силы, действующие на кристаллизующийся слиток, определяются всего тремя параметрами. На основе этих параметров можно провести быстрый экспресс анализ электромагнитных сил для широкого класса оборудования. Представлены зависимости электромагнитных сил от угла сдвига фаз токов в соседних пазах индуктора. В результате сравнения аналитического и численного решений задачи сделан вывод о достоверности аналитических выражений для электромагнитных сил. Использование электромагнитных сил позволяет повысить эффективность производства непрерывнолитой заготовки из цветных металлов, сплавов. The article provides analytical and numerical solutions to the problem of calculating the electromagnetic forces acting on a continuously crystallizing aluminum ingot in a rotary casting machine when exposed to an alternating magnetic field of an inductor. Depending on the adopted assumptions, 2D and 3D computational models are constructed. The analytical solution was obtained on the basis of the 2D computational model with a larger number of assumptions. The numerical solution was obtained on the basis of the 3D computational model that takes into account the actual geometric dimensions and current load. The electromagnetic forces normal to the ingot surface are used to press the ingot melt against the crystallizer’s wheel annular groove. Tangential forces ensure mixing of the crystallizing ingot’s liquid core and contribute to improving the ingot structure. It is shown that the ratio of normal and tangential forces can be controlled by changing the phase shift angle between the currents in the grooves of a three-phase inductor. The obtained analytical expressions show that the relative electromagnetic forces acting on the crystallizing ingot are governed by only three parameters. Based on these parameters, a rapid analysis of electromagnetic forces can be quickly performed for a wide range of equipment items. The dependences of electromagnetic forces on the phase shift angle between the currents in adjacent slots of the inductor are presented. As a result of comparing the analytical and numerical solutions of the problem, a conclusion has been drawn about the validity of analytical expressions for electromagnetic forces. The use of electromagnetic forces makes it possible to achieve more efficient production of continuously cast billets made of non-ferrous metals and alloys.
Журнал: Электричество
Выпуск журнала: № 10
Номера страниц: 46-55
ISSN журнала: 00135380
Место издания: Москва
Издатель: Российская академия наук, Отделение физико-технических проблем энергетики РАН, Федерация энергетических и электротехнических обществ