Практичне застосування математичних моделей електротермомеханічних процесів у промислових індукційних печах з метою підвищення їх енергоефективності

Автор(и)

  • Yurii Pachkolin Запорізький національний технічний університет, вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-0216-8184
  • Alexander Bondarenko Запорізький національний технічний університет, вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-1369-0034
  • Serhii Levchenko Запорізька державна інженерна академія, пр. Соборний, 226, м. Запоріжжя, Україна, 69006, Україна https://orcid.org/0000-0001-6477-2825

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.146484

Ключові слова:

індукційна сталеплавильна піч, математичне моделювання електротермомеханічних процесів, крайові задачі електродинаміки, індукційний нагрів

Анотація

Об'єктом дослідження є промислова індукційна сталеплавильна піч. Одним з найбільш проблемних місць індукційних сталеплавильних печей є низька енергоефективність через їх конструктивну недосконалість та існуючий технологічний процес теплової роботи, що призводить до перевитрат електричної енергії.

В ході дослідження використовувалося математичне моделювання впливу електромагнітного поля на елементи індукційної печі. Також було проведено досліди по перевірці дії електромагнітного поля на траєкторію та швидкість руху розплаву металу як в лабораторних умовах, так і в індукційній печі. Для дослідження руху розплаву металу було виготовлено спеціальний термопоплавок. Поплавок складався з керамічної термостійкої втулки, всередину якої був вставлений стрижень з вольфраму. Для більшої достовірності експерименту вага поплавка дорівнювала вазі розплаву такого ж об’єму. Завдяки проведеним дослідам в лабораторних умовах та на печі було розроблено алгоритм режимів роботи електричного індуктора. Проведено аналіз режимів роботи індуктора на різних частотах. Виявлено вплив частоти струму, який живить індуктор на глибину проникнення електромагнітного поля. Зі зменшенням частоти струму (f<50 Гц) глибина проникнення збільшується і навпаки, при збільшенні (f>50 Гц) – зменшується. Також підтверджено, що максимальна дія електромагнітного поля на розплав зосереджена всередині (по висоті) розплаву.

Розглянуто основні питання застосування на практиці математичної моделі електротермомеханічних процесів, що виникають у промислових індукційних печах під час нагрівання й розплавлення різних металів та їхніх сплавів, які мають широке застосування в машинобудуванні. Використана система рівнянь у формі крайових задач електродинаміки для квазістаціонарного магнітного поля, нестаціонарної теплопровідності та неізотермічної термопластичності. Застосування на практиці запропонованих методів використання можливостей математичного моделювання електрометалургійних процесів є підґрунтям для створення сучасних комп’ютерних програм з метою підвищення енергоефективності за рахунок суттєвого зменшення зайвих, недоцільних втрат електроенергії

Біографії авторів

Yurii Pachkolin, Запорізький національний технічний університет, вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електропостачання промислових підприємств

Alexander Bondarenko, Запорізький національний технічний університет, вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Аспірант

Кафедра електричних апаратів

Serhii Levchenko, Запорізька державна інженерна академія, пр. Соборний, 226, м. Запоріжжя, Україна, 69006

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електротехніки та енергоефективності

Посилання

  1. Zerkalov, D. V. (2008). Pravova osnova energozberezhennya. Kyiv: Dakor, 480.
  2. Sukhotskiy, A. E. et. al. (1981). Ustanovki induktsionnogo nagreva. Leningrad: Energoizdat, 274.
  3. Golovin, G. F., Zimin, N. V. (1979). Tekhnologiya termicheskoy obrabotki metallov s primeneniem induktsionnogo nagreva. Leningrad: Mashinostroenie, 120.
  4. Rektoris, K. (1985). Variatsionnye metody v matematicheskiy fizike i tekhnike. Moscow: Mir, 590.
  5. Tsybenko, A. S., Kashhenko, N. G., Krishhuk, N. G., Lavendel, Yu. O. (1986). Avtomatizirovannaya programmnaya sistema obsluzhivaniya konechnoelementnykh raschetov. Kyiv: Vysshaya shkola, 340.
  6. Trufanov, I. D., Andriyas, I. A., Pachkolin, Yu. E. (2003). Matematicheskoe modelirovanie energeticheskogo polya staleplavil'nogo agregata s kombinirovannym elektrotekhnicheskim kompleksom. Elektrotekhnika i elektroenergetika, 1, 66–71.
  7. Viker, Kh. (1994). Avtomatizatsiya plavki v liteynom proizvodstve. Liteynoe proizvodstvo, 6, 26–32.
  8. Mortimer, D. Kh. (2002). Zavtrashnie tekhnologii induktsionnoy plavki sushhestvuyut uzhe segodnya. Liteyshhik Rossii, 1, 32–37.
  9. Luzgin, V. I., Petrov, A. Yu., Shipitsyn, V. V., Yakushev, K. V. (2002). Mnogoinvertornye srednechastotnye preobrazovateli v sistemakh elektropitaniya induktsionnykh ustanovok. Elektrotekhnika, 9, 57–63.
  10. Trauzel', D., Shlyukaber, A., Donbakh, F. (2003). Realizatsiya sektsionnykh tekhnologicheskikh i metallurgicheskikh zadach v induktsionnykh pechakh sredney chastity. Liteyshhik Rossii, 5, 20–23.
  11. Luzgin, V. I., Petrov, A. Yu., Chernykh, I. V., Shipitsin, V. V., Yakushev, K. V. (2004). Pat. 2231904 RU. Ustroystvo dlya induktsionnogo nagreva i sposob ego upravleniya. No. 2002125710/09; declareted: 26.09.2002; published: 27.03.2004, Bul. No. 9.
  12. Continuous melting in horizontal induction furnace (1971). Electrical Review, 188 (9), 273–274.
  13. Sarapulov, F. N., Luzgin, V. I., Petrov, A. Yu. et. al. (2004). Mnogofunktsional'nyy plavil'nyy agregat dlya realizatsii novykh tekhnologiy v usloviyakh mini metallurgicheskikh predpriyatiy i liteynykh tsekhov krupnykh mashinostroitel'nykh zavodov. Liteyshhik Rossii, 10, 23–29.
  14. Turovskiy, Ya. (1986). Elektromagnitnye raschety elementov elektricheskikh mashin. Moscow: Energoatomizdat, 200.
  15. Pobedrya, B. E. (1981). Chislennye metody v teorii uprugosti i plastichnosti. Moscow: Mosc. un-t, 344.
  16. Metelskyi, V. P., Pachkolin, Yu. E. (2005). Elektrodynamichni syly v elektrotekhnichnykh kompleksakh z induktsiino-duhovym peretvorennia elektroenerhii. Elektrotekhnika ta elektroenerhetyka, 2, 41–47.
  17. Yershov, A. V., Pachkolin, Yu. E., Kotsur, I. M., Bondarenko, O. O. (2012). Investigation of vibrations of induction electrothermal complexes on stability of structural elements of furnaces. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (56)), 56–58. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3734

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-05-17

Як цитувати

Pachkolin, Y., Bondarenko, A., & Levchenko, S. (2018). Практичне застосування математичних моделей електротермомеханічних процесів у промислових індукційних печах з метою підвищення їх енергоефективності. Technology Audit and Production Reserves, 5(1(43), 28–33. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.146484

Номер

Том 5 № 1(43) (2018): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Електротехніка та промислова електроніка: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Yurii Pachkolin, Alexander Bondarenko, Serhii Levchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.