Анотація до роботи:

Слажнєв М. А. Удосконалення процесів обробки і розливання алюмінієвих сплавів за рахунок модуляції електромагнітної сили у ливарних магнітодинамічних установках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - "Ливарне виробництво". – Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, м. Київ, 2004.

Дисертація присвячена удосконаленню процесів обробки і розливання алюмінієвих сплавів за рахунок амплітудної модуляції електромагнітної сили (е.м.с.) у ливарних магнітодинамічних установках (МДУ). Розроблено спосіб та реалізовано амплітудну модуляцію електромагнітної сили у двоіндукторній магнітодинамічній установці для алюмінієвих сплавів при підключенні її електромагнітних систем до джерел живлення різної частоти. Досліджено процес генерування у робочій зоні магнітодинамічної установки поздовжніх хвиль стиснення при створенні амплітудно-модульованої електромагнітної сили та встановлено залежності, що характеризують процес їх поширення та згасання у рідкому алюмінієвому сплаві. Встановлено, що застосування для впливу на алюмінієвий розплав коливань, створених у металі модульованою е.м.с., дає змогу інтенсифікувати у 3-3,5 рази процес розчинення металевих легуючих добавок. Визначено, що модуляція е.м.с. в МДУ, призводить до дезорієнтації вихрових структур, які утворюються у рідкому металі на границях робочих зон таких установок. Показано, що використання цього ефекту дозволяє зменшити амплітуду коливань розплаву в металопроводі МДУ з 20-25 мм до 5 мм і за рахунок цього підвищити у 2-3,5 рази точність дозування металу у ливарні форми. Окрім того досягається також зниження величини мінімальної масової витрати металу в МДУ з 0,3 кг/с до 0,085 кг/с та забезпечується можливість використання при реалізації процесу лиття алюмінієвих сплавів під низьким електромагнітним тиском, суміщеного з розосередженою ливниково-живильною системою (РАСЛІТ-ЛЕМД), однієї МДУ замість двох в існуючих технологіях.

Розроблено удосконалений технологічний процес лиття алюмінієвих сплавів із використанням функціональних можливостей модульованої електромагнітної сили, який дозволяє реалізовувати операцію доведення алюмінієвого сплаву по хімічному складу, забезпечити порційне дозоване електромагнітне розливання розплаву у ливарні форми та здійснити лиття алюмінієвого сплаву під електромагнітним тиском із забезпеченням поліпшених умов структуроутворення виливків у одному електротехнологічному агрегаті.

1. На основі виконаного аналізу стану досліджень та розробок в області застосування зовнішніх зусиль, зокрема таких, як пружні коливання, для інтенсифікації процесів масопереносу та міжфазних взаємодій на всіх операціях технологічного циклу переробки рідкого металу у литу заготовку показана перспективність використання для цих цілей е.м.с., у тому числі повязаних зі створенням у рідкому металі електродинамічних коливань, а також розширенням технологічних можливостей багатофункціональних електротехнологічних установок магнітодинамічного типу за рахунок модуляції в них електромагнітної сили.

2. Проведений аналітичний аналіз процесів модуляції струмів, магнітної індукції та електромагнітної сили у робочій зоні двоіндукторних магнітодинамічних установок (МДУ) показав, що амплітудну модуляцію можна здійснити за рахунок неузгодження частот електричного струму у електромагнітних системах установок вказаного типу. В результаті виконаного комп’ютерного моделювання такого процесу модуляції з урахуванням взаємного впливу електромагнітних систем та перехідних електричних процесів показана можливість у більш повному обсязі враховувати взаємопов’язані електромагнітні та гідравлічні параметри магнітодинамічних установок при живленні їх обмоток як синусоїдальними, так і несинусоїдальними струмами. Запропоновані принципові рішення по створенню потужних модуляторів для живлення електротехнологічних установок для рідких металів.

3. Удосконалена методика реєстрації коливань тиску у рідкому металі та з її допомогою експериментально встановлені коефіцієнти згасання (k) поздовжніх хвиль стиснення, які генеруються у робочій зоні МДУ під дією модульованої електромагнітної сили. Визначено, що для хвиль діапазону несучих частот 95-110 Гц k = 0,014, а для хвиль, що створюються модулюючою складовою е.м.с. з частотами 7-14 Гц k = 0,05-0,08. Це пов’язано з тим, що відповідно до теорії поширення поздовжніх хвиль стиснення у пружному середовищі дисипація їх енергії уздовж напрямку поширення зворотно-пропорційна квадрату частоти. Показано, що відстань, на якій коливання, створені модульованою електромагнітною силою, втрачають половину свого амплітудного значення у 3 рази більша, ніж за відсутності модуляції.

4. Амплітуда небажаних некерованих коливань гідравлічного напору в металотракті магнітодинамічної установки при взаємодії амплітудно-модульованого струму з немодульованою (синусоїдальною) магнітною індукцією знижується у 4-4,5 рази. Це пояснюється суттєвою перебудовою у режимі модуляції характеру нестаціонарних гідродинамічних вихрових структур, що утворюються на границях робочої зони магнітодинамічних установок внаслідок проявлення магнітогідродинамічних ефектів. Показано, що практичне застосування встановленого ефекту дозволяє у 2-3,5 рази знизити відносну похибку при порційному електромагнітному розливанні алюмінієвих сплавів у ливарні форми та дає змогу зменшити величину мінімальної витрати металу у процесі його розливання відкритим струменем за допомогою МДУ до 0,085 кг/с, у порівнянні із 0,3 кг/с - в існуючих технологіях.

5. Показано суттєвий вплив коливань, зумовлених модуляцією електромагнітної сили в МДУ, на процес розчинення у рідкому алюмінії твердих металів та сплавів, що мають більш високу температуру плавлення, ніж метал-розчинник. Встановлено, що коливання тиску з частотою 7 Гц та амплітудою 4-6 мм, створені у алюмінієвому розплаві модульованою електромагнітною силою, призводять до прискорення у 3-3,5 рази процесу розчинення металевих добавок, на прикладі міді, сталі 40 та йодідного цирконію, у порівнянні з базовим режимом, за тих же температур металу-основи та інших рівних умовах. Це пояснюється тим, що у цьому випадку осциляція швидкості руху металу-розчинника, зумовлює додатковий силовий вплив на поверхню металевих добавок і тим самим прискорює їх розчинення.

6. Показано, що стабілізація перепаду рівнів розплаву (при використанні модуляції електромагнітної сили) у системі сполучених судин “металоприймач-заливальна камера” при реалізації процесу РАСЛІТ-ЛЕМД, забезпечує можливість суттєвого збільшення терміну часу між поповненнями розплавом металоприймача, а також дає змогу реалізувати такий технологічний процес із використанням однієї електротехнологічної установки замість двох в існуючих технологіях.

7. Встановлено, що наявність частоти модуляції у спектрі коливань, що генеруються у рідкому металі в МДУ, виявляє тенденцію до поліпшення умов структуроутворення виливків, що сприяє зниженню відсотку браку лиття при виготовленні алюмінієвих литих заготовок.

8. Розроблено удосконалений технологічний процес лиття виливок з алюмінієвих сплавів, що дозволяє здійснювати приготування та доводку алюмінієвих сплавів по хімічному складу, а також його електромагнітне розливання з використанням функціональних можливостей модуляції електромагнітної сили в ливарних магнітодинамічних установках, за допомогою якого в умовах дослідної ділянки інституту виготовлена партія якісних виливок типу “циліндр” і “стакан” із алюмінієвого сплаву АК7ч.

9. Отримані результати дозволили розширити функціональні та удосконалити технологічні можливості ливарних магнітодинамічних установок для приготування і розливання алюмінієвих сплавів, підвищити їх конкурентоспроможність, забезпечити застосування вдосконаленого обладнання для вирішення нетрадиційних технологічних задач, зокрема повязаних з використанням осциляції швидкості та низьких масових витрат розплаву для наморожування металу на поверхні, що охолоджується. Така задача була зокрема успішно вирішена при виконанні робіт згідно з контрактом з Інститутом дослідження металів (м. Делфт, Нідерланди).