PDF Печать E-mail

DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.04.033

УДК 621.365.5

ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО І ТЕПЛОВОГО ПОЛІВ В ІНДУКЦІЙНИХ КАНАЛЬНИХ ПЕЧАХ З ДЕФЕКТАМИ ФУТЕРОВКИ

Журнал Технічна електродинаміка
Видавник Інститут електродинаміки Національної академії наук України
ISSN 1607-7970 (print), 2218-1903 (online)
Випуск № 4, 2018 (липень/серпень)
Cторінки 33 – 36

 

Автор
М.А. Щерба*, канд.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0001-6616-4567

 

Використовуючи метод кінцевих елементів і підходи мультифізичного моделювання проведені чисельні експерименти і аналіз неоднорідного розподілу електромагнітного і теплового полів в індукційних канальних печах при виникненні різних дефектів їх термоізоляції (футеровка). Задача формулюється в нелінійній постановці з сильними взаємними зв'язками підзадач для складної тривимірної геометрії. На прикладі печі для плавки безкисневої міді при протіканні розплаву металу в її футеровку визначена залежність зміни температури на поверхні корпусу печі від глибини проникнення і об'єму розплаву. Досліджено зміни в розподілі температури всередині термоізоляції по мірі її деградації, тобто по мірі досягнення розплаву кожного з чотирьох шарів матеріалу. Визначено аварійні конфігурації протікань розплаву, які вимагають зупинки печі і її заміни, а також проведено аналіз існуючих ситуацій, що спостерігаються на лініях лиття на промислових підприємствах. Застосування запропонованої методики розрахунку дозволяє контролювати стан індукційних канальних печей і розробляти рекомендації зі збільшення їхнього ресурсу. Бібл. 12, рис. 3.

Ключові слова: електромагнітне поле, індукційний нагрів, чисельне моделювання, взаємопов'язані процеси, плавка міді, дефекти теплоізоляції.

 

Надійшла                         02.03.2018
Остаточний варіант       15.03.2018
Підписано до друку



УДК 621.365.5

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО И ТЕПЛОВОГО ПОЛЕЙ В ИНДУКЦИОННЫХ КАНАЛЬНЫХ ПЕЧАХ С ДЕФЕКТАМИ ФУТЕРОВКИ

Журнал Технічна електродинаміка
Издатель Институт электродинамики Национальной академии наук Украины
ISSN 1607-7970 (print), 2218-1903 (online)
Выпуск № 4, 2018 (июль/август)
Cтраницы 33 – 36

 

Автор
М.А. Щерба, канд.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев, 03057, Украина,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

Используя метод конечных элементов и подходы мультифизического моделирования, проведены численные эксперименты и анализ неоднородного распределения электромагнитного и теплового полей в индукционных канальных печах при возникновении различных дефектов их термоизоляции (футеровки). Задача формулируется в нелинейной постановке с сильными взаимными связями подзадач для сложной трехмерной геометрии. На примере печи для плавки бескислородной меди при протекании расплава металла в ее футеровку определена зависимость изменения температуры на поверхности корпуса печи от глубины проникновения и объема расплава. Исследованы изменения в распределении температуры внутри термоизоляции по мерее ее деградации, т.е. по мере достижения расплавом каждого из четырех слоев материала. Определены аварийные конфигурации протеканий расплава, требующее остановки печи и ее замены, а также проведен анализ существующих ситуаций, наблюдаемых на линиях литья на промышленных предприятиях. Применение предложенной методики расчета позволяет контролировать состояние индукционных канальных печей и разрабатывать рекомендации по увеличению их ресурса. Библ. 12, рис. 3.

Ключевые слова: электромагнитное поле, индукционный нагрев, численное моделирование, взаимосвязанные процессы, плавка меди, дефекты термоизоляции.

 

Поступила                             02.03.2018
Окончательный вариант     15.03.2018
Подписано в печать



Література

1. Podoltsev O.D., Kucheryava I.N. Multiphysical modeling of electrical devices. Tekhnichna Elektrodynamika. 2015. No 2. Pp. 11–19. (Rus)
2. Jian-Ming Jin The finite element method in electromagnetics. John Wiley & Sons, 2015. 800 p.
3. Gleim T., Bettina S., Detlef K. Nonlinear thermo-electromagnetic analysis of inductive heating processes. Archive of Applied Mechanics. 2015. Vol. 85.8. Pp. 1055-1073.
4. Zolotarev V.M., Shcherba M.A., Zolotarev V.V., Belyanin R.V. Three-dimensional modeling of electromagnetic and thermal processes of induction melting of copper template with accounting of installation elements design. Tekhnichna Elektrodynamika. 2017. No 3. Pp. 13–21. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.03.013 (Rus)
5. Yoav H., Kochavi E., Levy A. Inductive heating with a stepped diameter crucible. Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 102. Pp. 149–157.
6. Shcherba A.A., Podoltsev О.D., Kucheriava I.М., Ushakov V.I. Computer modeling of electrothermal processes and thermo-mechanical stress at induction heating of moving copper ingots. Tekhnichna Elektrodynamika. 2013. No 2. Pp. 10–18. (Rus)
7. Stegmueller M.J.R., Schindele P., Grant R.J. Inductive heating effects on friction surfacing of stainless steel onto an aluminum substrate. Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 216. Pp. 430-439.
8. Lucía O., Maussion P., Dede E.J. Induction heating technology and its applications: past developments, current technology, and future challenges. IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2014. Vol. 61.5. Pp. 2509-2520.
9. Shcherba M.A. Three-dimensional modeling of electromagnetic and temperature fields in the inductor of channel-type furnace for copper heating. IEEE Conf. on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Kiev. 2017. Pp. 427-431.
10. Shcherba M.A. Coupled electromagnetic and thermal processes in thermal insulation of induction channel furnaces during changes of its defects configuration. Tekhnichna Elektrodynamika. 2018. No 2. Pp. 17 - 24. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.02.017
11. Landau L.D., Lifshyts Е.М. Electrodynamics of continuums, Theor. Physics, vol. VIII. Moscow: Fizmatlit, 2003. 632 p. (Rus)
12. Comsol Multiphysics, https://www.comsol.com/. Comsol Inc., Burlington, MA, USA, 2018.