Электротехнология магнитогидродинамической очистки алюминиевого расплава от твердых частиц неметаллических включений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Винтер Эдуард Робертович

• Винтер Эдуард Робертович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Винтер Эдуард Робертович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ, ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОЧИСТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ РАСПЛАВОВ ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ. МЕТОДЫ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ МГД ОЧИСТКИ

1. 1 Современные аспекты производства слитков из алюминиевых сплавов и технологий очистки от неметаллических включений

1.1.1 Технологическая цепочка производства металлургической продукции из алюминиевых сплавов

1.1.2 Неметаллические включения в алюминиевых сплавах и их влияние на качество металлургической продукции

1.1.3 Традиционные способы и устройства очистки алюминиевых расплавов от твердых неметаллических включений

1.1.4 Применение электромагнитных устройств в системах очистки алюминиевых сплавов от неметаллических включений

1.1.5 Технология МГД сепарации алюминиевых сплавов

1.2 Методы и средства математического моделирования процессов МГД очистки

1.2.1 Общие замечания

1.2.2 Методы и средства численного анализа МГД процессов

1.3 Постановка задачи исследования и разработки устройства МГД очистки

1.4 Выводы по главе

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА МГД ОЧИСТКИ ЧАСТИЦ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В АЛЮМИНИЕВОМ РАСПЛАВЕ

2.1 Общие замечания

2.2 Математическое моделирование электромагнитных процессов

2.2.1 Математическое описание электромагнитных процессов

2.2.2 Постановка электромагнитной задачи

2.3 Математическое моделирование термогидродинамических процессов

2.3.1 Математическое описание термогидродинамических процессов

2.3.2 Постановка термогидродинамической задачи

2.4 Математическое моделирование процесса МГД сепарации

2.4.1 Математическое описание процесса

2.4.2 Постановка задачи

2.5 Математическое моделирование процессов коагуляции частиц в турбулентном потоке жидкого металла под действием электромагнитного поля

2.5.1 Математическое описание процесса и методика численного расчета концентрации частиц

неметаллических включений

2.5.2 Постановка задачи

2.5.3 Предварительная оценка влияния различных механизмов коагуляции

2.6 Настройки вычислительной процедуры

2.7 Выводы по главе

3 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА МГД ОЧИСТКИ

3.1 Анализ МГД процессов и процессов миграции дисперсных частиц в канале устройства МГД очистки

3.2 Анализ процесса МГД очистки расплава алюминия с учетом механизма коагуляции частиц

3.3 Математическое моделирование экспериментального комплекса МГД очистки на базе индукционной единицы

3.4 Выводы по главе

4 ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА МГД ОЧИСТКИ РАСПЛАВА АЛЮМИНИЯ

4.1 Верификация математический модели МГД процессов на лабораторной установке индукционной единицы

4.2 Верификация математический модели процессов МГД сепарации на основе известных экспериментальных данных

4.3 Исследование процесса МГД очистки на экспериментальном комплексе

4.3.1 Описание экспериментального комплекса МГД очистки алюминиевого расплава

4.3.2 Исследование процесса МГД очистки расплава алюминия в режиме выдержки

4.3.3 Исследование процесса МГД очистки расплава алюминия в режиме литья

4.4 Рекомендации по разработке и проектированию комплексов МГД очистки на базе индукционной единицы

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электротехнология магнитогидродинамической очистки алюминиевого расплава от твердых частиц неметаллических включений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и степень разработанности темы. В современном металлургическом производстве алюминиевых сплавов неотъемлемой частью технологического процесса является очистка жидкого металла от различного рода включений. Твердые неметаллические включения различного размера присутствуют в расплаве алюминия в различных формах: оксиды, карбиды, бориды, нитриды и других компонентов. Однако основным элементом загрязнения, который составляет наибольший процент является оксид алюминия А1203. Присутствие твердых неметаллических включений в расплаве алюминия на стадии литья приводит к различного рода дефектам, и браку продукции. Таким образом содержание таких включений должно быть ограничено до значений, определяемых назначением конечной металлургической продукции. Так, в серийном производстве алюминия общее содержание твердых неметаллических включений должно быть не более 0,1-0,3 мм2/кг, а размер включений не должен превышать 4050 мкм. В случае же производства продукции под прессование крайне нежелательно содержание в расплаве примесей уже размером более 20 мкм.

Основным методом очистки алюминиевых сплавов от твердых неметаллических в современном производстве является фильтрование, который реализуется посредством применения огнеупорных фильтров различной структуры и конфигурации. Одна из проблем, хоть и не критическая, традиционных систем фильтрования состоит в том, что фильтры являются элементами одноразового применения, которые при этом также обуславливают некоторую потерю металла по завершению литья. Периодическая замена фильтра хоть и не составляет большого труда, однако многие производители ведут исследования и разработки по увеличению ресурса фильтров. Более существенной является проблема невозможности применения керамических фильтров при литье некоторых сплавов, в частности это касается группы сплавов с магнием и специальных сплавов с повышенной температурой разливки. В случае литья алюминиевых сплавов с магнием фильтры на алюмофосфатной связке, которые являются наиболее распространенными, разрушаются из-за того, что магний вступает в химическую реакцию со связующим веществом фильтра.

Серьезнее, обстоит дело с эффективным предварительным прогревом фильтров, которые представляют собой пористые или насыпные структуры. Применение традиционных газовых горелок приводит к большим градиентам температур по объему фильтра, что является причиной растрескивания керамики и повреждения уплотнительных прокладок. В результате, качественная конвективная система нагрева может иметь стоимость значительно выше самой камеры фильтрования. Таким образом, несмотря на кажущуюся простоту реализации способа, системы фильтрования требуют организации достаточно непростой системы предварительного прогрева,

выполнения определенных требований по исходной загрязненности расплава, а в случае двухступенчатых систем выполнения подготовительных процедур по отводу воздуха из промежуточной полости

Также, очевидно, что все современные системы фильтрования упираются в определенный предел по эффективному удалению неметаллических включений размером менее 20 мкм, что становится особо важно в настоящее время при производстве такой продукции как ультратонкая фольга размером от 6 мкм, или проволока диаметром мнее 0,1 мм из специальных сплавов. Как, правило, для достижения этой цели идут по пути организации более глубинных систем фильтрования, что в результате, при небольшом приросте эффективности, еще больше усложняет и удорожает систему прогрева и процесс обслуживания.

Другим проблемным местом является очистка расплава, полученного из вторичного переработанного лома, который содержит большое количество примесей, а также другие инородные включения в виде окалин, частиц крупнодисперсной пыли и покрасочных покрытий. Данный факт обуславливает необходимость построения сложных систем предварительной обработки и сортировки лома, а также требует дальнейшей организации мероприятий по защите расплава от загрязнений и его очистке.

Магнитогидродинамическая (МГД) сепарация жидких металлов является одним из перспективных способов очистки жидких металлов, которая не требует контактирования с жидким металлом каких-либо рабочих органов, а эффективность процесса определяется величиной и конфигурацией электромагнитного поля в области технологического процесса. Более того, в присутствии электромагнитного поля легко интенсифицировать и вспомогательные процессы, положительно влияющие на эффективность очистки, например явление коагуляции частиц, что открывает возможности для удаления частиц таких размеров, которые не удаляются традиционными устройствами фильтрования.

Тем не менее, обладая рядом технологических преимуществ перед традиционной технологией фильтрования, внедрение устройств, основанных на принципе МГД сепарации, в настоящее время ограничивается по нескольким причинам:

- Слабая разработанность теоретических основ процесса с учетом магнитогидродинамических явлений;

- Отсутствие теоретического обоснования эффективности процесса МГД сепарации для алюминиевых сплавов;

- Отсутствие надежных и простых конструкций, с учетом особенностей алюминиевого производства, таких как высокая химическая агрессивность металла, легкая окисляемость и относительно высокие рабочие температуры (660 - 800 °С).

Из опыта эксплуатации индукционных устройств канального типа известно, что при нагреве жидкого металла существует проблема зарастания каналов агрегатов из-за влияния сепарирующего эффекта электромагнитного поля, что в случае плавильных агрегатов однозначно является технологической проблемой. С другой стороны, в случае непрерывного литья слитков с применением индукционного разливочного агрегата канального типа было отмечено, что количество неметаллических включений значительно сокращается, что явно несет в себе технологический эффект. Более того, теоретически и экспериментально была подтверждена возможность эффективной коагуляции частиц неметаллических включений в каналах индукционных канальных печей (ИКП), что дополнительно позволяет повысить эффективность удаления газовых и твердых неметаллических включений.

Таким образом, по причине изложенных факторов актуальным является исследование и разработка основ технологии и устройства МГД очистки алюминиевых расплавов от твердых неметаллических включений на базе индукционной единицы.

Технология МГД очистки относится к области прикладной магнитной гидродинамики и включает в себя такие физические аспекты как электромагнетизм, тепломассоперенос, и явления движения дисперсных течений в турбулентном потоке жидкости. В основе процесса лежит явление движения дисперсной среды (частиц) в проводящей жидкости под действием внешнего электромагнитного поля, которым в настоящее время занимается множество научных коллективов в России и мире.

Вопросами исследования и внедрения процесса МГД очистки жидких металлов занимались советские и российские ученные Л. А. Верте, И. Л. Повх, В. П. Полищук, В. А. Золотухин, Ю. М. Гориславец. Среди зарубежных исследователей широко известны работы P. Marty, A. Alemany, N. El-Kaddah, S. Taniguchi, S. Asai. Среди актуальных исследований в области очистки жидкого металла вод действием электромагнитного поля следует отметить работы коллектива ИМСС УрО РАН под руководством И. В. Колесниченко, а также работы различных коллективов из Японии (H. Toh) и Китая (D. Shu, L. Zhang, J. Wang, K. Li, Q. Wang). Также, необходимо отметить работы V. Bojarevich, A. Jakovics, M. Scepansis, которые посвящены фундаментальным принципам движения частиц различных материалов в потоке жидкого металла под действием внешнего магнитного поля.

В настоящее время, отсутствуют какие-либо устоявшиеся методы исследования процесса МГД очистки жидких металлов, тем более для индукционных устройств канального типа. Имеющиеся многочисленные исследования в области индукционных канальных печей, проведенные В. Н. Тимофеевым, А. А. Темеровым и др. могут служить фундаментом, но не дают представления о процессах МГД сепарации и коагуляции в каналах индукционной единицы. Тоже самое можно сказать и про работы В. А. Золотухина, Ю. М. Гориславца и др. в которых

были проведены исследования по очистке алюминиевых расплавов в каналах индукционных печей. Так как несмотря на одну и ту же природу процесса, индукционные плавильные агрегаты являются устройствами периодического действия, предназначенные для высокоэнергетического процесса плавления, что отличает процессы по динамике, интенсивности и характеру, по сравнению с процессами в устройствах МГД очистки непрерывного действия с меньшей мощностью. Также, следует отметить, что на текущий момент не было установлено четкой связи между теоретическими и экспериментальными исследованиями процесса МГД очистки жидких металлов.

Таким образом, для создания и внедрения эффективных систем МГД очистки в производство необходима разработка эффективного инструмента теоретического исследования, который бы позволял спрогнозировать пространственно-временное распределение частиц неметаллических включений в турбулентном потоке расплава под действием электромагнитного поля с учетом различных механизмов коагуляции.

Наиболее распространённым и простым методом экспериментального исследования в данной области является изучение структур образцов отливок, полученных при различных режимах работы устройства.

Целью работы является разработка основ теоретических и практических электротехнологии МГД очистки алюминиевого расплава от твердых частиц неметаллических включений.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проведение анализа и обобщение современного состояния технологий и устройств очистки алюминиевых сплавов от твердых частиц неметаллических включений, анализ состояния разработки и применения МГД устройств для целей очистки расплава алюминия.

2. Разработка математической модели устройства МГД очистки жидкого металла от твердых частиц неметаллических включений с учетом процессов МГД сепарации и коагуляции.

3. Определение с помощью численного анализа геометрических и энергетических параметров, обеспечивающих наибольшую эффективность очистки частиц неметаллических включений посредством МГД сепарации и механизмов коагуляции.

4. Верификация математической модели путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными, полученными на лабораторной установке и с экспериментами данными, полученными другими исследователями.

5. Проведение исследований на экспериментальном комплексе МГД очистки на основе индукционной единицы по оценке эффективности очистки алюминиевого расплава от частиц неметаллических включений.

Объектом исследования является технология и устройство МГД очистки алюминиевых расплавов на индукционного устройства канального типа.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:

1. Впервые разработана математическая модель устройства МГД очистки жидкого металла от твердых частиц неметаллических включений с учетом процессов МГД сепарации и коагуляции.

2. Разработана методика численного расчета распределения концентрации частиц неметаллических включений в жидком металле под действием электромагнитного поля с учетом различных механизмов коагуляции.

3. С помощью разработанной математической модели установлены закономерности протекания процесса МГД очистки, а также выявлено влияние электромагнитных сил и структуры гидродинамического потока на характер миграции, МГД сепарации и коагуляции частиц неметаллических включений:

- При относительном размере канала гс^Ает<0,5 основным фактором, определяющим эффективность МГД сепарации частиц неметаллических включений размером более 5 мкм, является электромагнитная сила выталкивания, в то время как течения расплава не вносят существенного вклада в эффективность очистки.

- Коагуляция оказывает существенное влияние на эффективность МГД очистки расплава алюминия от частиц неметаллических включений малого размера, а её влияние уменьшается с увеличением размера частиц.

- Организация вращательного движения жидкого металла в каналах устройства МГД очистки при относительном размере канала гс^Аеп>1 приводит к интенсификации процессов коагуляции частиц неметаллических включений, в результате чего эффективность очистки частиц размером более 5 мкм составляет не менее 80 %.

Практическая значимость:

1. Разработанные математическая модель и методика численного расчета концентрации частиц неметаллических включений позволяют на начальной стадии проектирования спрогнозировать процессы миграции, МГД сепарации и коагуляции частиц неметаллических включений в устройствах МГД очистки жидких металлов, и определить конструктивные и технологические параметры, при которых достигается наиболее эффективная очистка жидкого металла.

2. Разработан и испытан экспериментальный комплекс МГД очистки канального типа, позволяющий осуществлять эффективную очистку расплава алюминия от твердых частиц неметаллических включений.

3. Разработаны практические рекомендации по разработке и проектированию индукционных комплексов МГД очистки канального типа.

Методология и методы исследования. Исследования проведены с использованием общеизвестных теорий электромагнетизма, тепломассопереноса и полидисперсных течений. Математическое моделирование осуществлялось с применением метода конечных элементов (МКЭ) для решения задачи электромагнетизма, и метода конечных объемов (МКО) для решения задачи гидродинамики. Расчет траектории и распределения облака частиц в жидком металле осуществлялся с помощью метода Эйлера-Лагранжа. Расчет процесса коагуляции частиц осуществляется с помощью решения дополнительных уравнений переноса, записанных с применением подхода размерной группировки частиц PSG (Particle Size Grouping Method). Для реализации решения дифференциальных уравнений в частных производных, посредством упомянутых методов использовались современные системы инженерного проектирования (CAE) Ansys Maxwell и Fluent. Операции импорта и интерполяции источниковых членов, учет дополнительных членов в уравнениях, движения, энергии, концентрации и дискретной фазы, а также пользовательская настройка граничных условий в ПО Fluent осуществлялось с помощью пользовательских функций (UDF) на языке C. Экспериментальное исследование содержания частиц неметаллических включений в микроструктуре литых образцов проводилось с применением электронной микроскопии и методов металлографического анализа.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель устройства МГД очистки жидкого металла от твердых частиц неметаллических включений с учетом процессов МГД сепарации и коагуляции.

2. Методика численного расчета распределения концентрации частиц неметаллических включений в жидком металле под действием электромагнитного поля с учетом различных механизмов коагуляции.

3. Закономерности протекания процессов МГД сепарации и коагуляции частиц неметаллических включений в каналах МГД сепаратора канального типа.

Достоверность результатов математического моделирования подтверждается согласованностью расчетных и экспериментальных данных при сопоставлении характеристик магнитного поля, гидродинамического потока и распределения частиц неметаллических включений. Исследования структуры образцов выполнены при использовании общепризнанного метода металлографического анализа с применением электронной микроскопии.

Реализация результатов. Основные теоретические и экспериментальные исследования выполнены в ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» на кафедре «Электротехника» в рамках научно-исследовательского проекта РФФИ № 20-38-90137. Результаты диссертационной работы использованы при разработке экспериментального комплекса МГД

очистки алюминиевых сплавов в ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» и в учебном процессе на кафедре «Электротехника» в ФГАОУ ВО «СФУ». Созданный в рамках диссертационного исследования экспериментальный комплекс МГД очистки используется на предприятии ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» в составе литейного агрегата для получения алюминиевых заготовок из экспериментальных сплавов и сплавов авиационного назначения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. Международная конференция молодых специалистов по микро- и нанотехнологиям и электронным приборам - 2022 (EDM);

2. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Борисовские чтения 2021»

2. Международная конференция «Алюминий Сибири 2019»;

3. Международная научная электроэнергетическая конференция ISEPC-2019;

4. Международная конференция по актуальным проблемам электротехнологий APET -

2019;

5. Международная научно-техническая конференция «Современные методы и технологии создания и обработки материалов - 2021»;

6. Международная научно-практическая конференция «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2020»;

Публикации по теме диссертации. По результатам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 5 публикаций в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 7 работ в зарубежных изданиях, индексируемых в базе Scopus и Web of Science.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, списка использованных источников и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 159 страницах, содержит 11 таблиц и 92 рисунка. Список использованных источников включает 174 наименования.

Благодарности. Автор выражает благодарность руководству и коллективу ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» за помощь и содействие в разработке и внедрении технических решений, основанных на результатах исследований данной работы.

1 СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ, ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОЧИСТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ РАСПЛАВОВ ОТ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ. МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ МГД ОЧИСТКИ

1. 1 Современные аспекты производства слитков из алюминиевых сплавов и технологий очистки от неметаллических включений

1.1.1 Технологическая цепочка производства металлургической продукции из алюминиевых сплавов

В настоящее время осуществляется производство первичного и вторичного (переработанного) алюминия. В случае производства первичного алюминия начальной стадией в технологической цепочке является извлечение алюминия из глинозема с помощью электролиза [1]. В случае перерабатывающего производства имеет место ряд мероприятий по подготовке перерабатываемого лома, его очистки, сепарации, дробления и т. д. [1]. После подготовки лома его переплавляют в газовых или индукционных печах. Затем расплавленный лом, либо извлеченный из глинозема алюминий поступает в литейный цех, где в литейных агрегатах осуществляются технологические операции приготовления, рафинирования и литья.

Одна из возможных схем литейного агрегата представлена на рисунке 1.1. Подобные литейные агрегаты в настоящее время распространены на заводах по производству первичного алюминия ОК РУСАЛ. Литейный агрегат включает в себя печи-миксеры 1 с электрическим или газовым нагревом, в которые заливается металл из транспортировочных ковшей 2, поступающих из электролизного цеха или с участка плавления лома. В печи-миксере главным образом осуществляется операция приготовления расплава до необходимого химического состава, что сопровождается загрузкой легирующих компонентов через форкамеру 3, перемешиванием, выдержкой расплава и снятием шлака. На сегодняшний день на предприятиях алюминиевой промышленности для целей перемешивания расплава в печи-миксере широко применяются МГД перемешиватели 4 [2], которые монтируются под подиной или на боковой стенке, в зависимости от исполнения печи.

После приготовления расплава металл поступает в систему литейных желобов 5. Как правило слив металла в желоб осуществляется с помощью наклона печи-миксера, либо через специальную летку в случае стационарных миксеров. В настоящее время в связи с повышением требований к качеству алюминиевой продукции все больше становятся распространенными поворотные печи-миксеры, которые позволяют осуществлять точное и плавное дозирование металла. Сама система литейных желобов предназначена для транспортировки расплава от печи-

миксера к литейной машине. Линия оборудуется устройствами нагрева металла, системой заслонок и лазерных датчиков для регулирования направления потока и уровня металла, термопарами для индикации и регулирования температуры расплава. При этом конфигурация и длина системы литейных желобов может быть различной в зависимости от технических и технологических требований к производимой продукции.

лигатура шлак

Рисунок 1.1 - Литейный агрегат для производства алюминия Как правило перед литейной машиной устанавливается система рафинирования расплава 6, в которой осуществляется очистка расплава от газовых и твердых неметаллических включений [3]. Устройство рафинирования в зависимости применяемого метода очистки может иметь различное исполнение. Применяемый метод рафинирования опять же зависит от технических и технологических требований к получаемой продукции. В настоящее время на крупных металлургических предприятиях наиболее распространены системы рафинирования, на основе устройств диспергирования рафинирующих смесей (газ, флюс) в расплав совместно с применением механического фильтрования расплава от твердых включений.

После стадии рафинирования расплав поступает в литейную машину 7, где осуществляется его кристаллизация. В зависимости от требований к конечной продукции применяются различные способы литья. Можно выделить систему литья в изложницы и системы полунепрерывного и непрерывного литья. В первом случае расплав из литейного желоба поступает в специальные транспортировочные изложницы, в которых расплав кристаллизуется. После заливки металла, изложницы транспортируются в конец ленты разливочного конвейера,

где из них извлекают закристаллизованную чушку. После извлечения, чушки поступают на линию роботизированной или ручной укладки. Полученные слитки с помощью данной технологии литья имеют достаточно неоднородную структуру и используются для дальнейшей повторной переплавки.

Системы полунепрерывного и непрерывного литья позволяют получать слитки с однородной структурой, имея при этом высокую производительность. Наиболее распространенной технологией в области непрерывного и полунепрерывного литья является литье в кристаллизатор скольжения [4], которая заключается в подаче расплава в медную водоохлаждаемую гильзу, где формируется первичный пояс охлаждения. На выходе из гильзы на закристаллизованную поверхность слитка подается вода, формируя вторичный пояс охлаждения. Полученные слитки с помощью данной технологии используются в прокатке или в прессовании. В зависимости от конфигурации литейной машины с помощью технологий полунепрерывного и непрерывного литья возможно получать слитки прямоугольного, круглого [5] или трапецеидального [6] сечения.

Описанный вариант исполнения литейного агрегата не является единственным, и может значительно отличаться по исполнению и наполнению в зависимости от требований к производимой продукции или серийности производства. Однако в основе всегда лежат описанные базовые технологии приготовления, очистки, транспортировки и литья.

1.1.2 Неметаллические включения в алюминиевых сплавах и их влияние на качество металлургической продукции

Загрязнение расплава алюминия различного рода примесями начинается еще на стадии электролиза, где в расплав попадают частицы глинозема, анодной массы, электролита и конструктивных элементов электролизера. Также большую роль в степени загрязненности расплава играет качество шихтовых материалов, чистота которых зависит от условий транспортировки и хранения. Также, существенна эта проблема в рециклиновом производстве [1, 7], где переплавляемый лом, содержит большое количество примесей и влаги. Более того на протяжении всего технологического процесса расплавленный алюминий контактирует с различной технологической оснасткой и огнеупорной изоляцией, что приводит к его загрязнению твердыми примесями различного рода [8].

Неметаллические включения в алюминиевом расплаве могут быть разделены на газовые и твердые [8, 9]. К газовым включениям относится главным образом водород (Н), который может находиться в расплаве алюминия в растворённой и молекулярной формах. Основная доля водорода (~98 %) присутствует в расплаве алюминия в растворенной форме, однако при

кристаллизации расплава растворимость водорода скачкообразно падает (Рисунок 1.2), в результате чего образуется пересыщенный твердый раствор, а водород переходит в газовую пористость в слитке. Данный факт приводит к необходимости ограничения содержания водорода в расплаве до уровня не более 0,2 см3/100 г [4, 8, 9]. В настоящее время, водород эффективно удаляется с помощью систем инжектирования рафинирующих смесей (инертные и/или активные газы, флюсы) в расплав [10, 11, 12]. В некоторых случаях, для достижения более глубокой дегазации может применятся процесс вакуумирования [13].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Винтер Эдуард Робертович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шмитц, К. Рециклинг алюминия. Справочное руководство / К. Шмитц, И. Домагала, П. Халг. - Москва : АЛЮСИЛ МВиТ, 2008. - 528 с.

2. Fdhila, R. stirring history / R. Fdihila, J. Erikson, H. Yang // ABB Review. - 2016. - P. 45-48.

3. Czerwinski, F. Modern Aspects of Liquid Metal Engineering / F. Czerwinski // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2016. - P. 367-393.

4. Напалков, В. И. Непрерывное литье алюминиевых сплавов. / В. И. Напалков, Г. В. Черепок, С. В. Махов, Ю. М. Черновол. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 512 с.

5. Wagstaff / https://www.wagstaff.com

6. Continuus-Properzi S.p.A / URL: http:// www.properzi.com

7. Schlesinger, M. E. Aluminum recycling / M. E. Schlesinger. - CRC press, 2007. - 225 p.

8. Альтман, М. Б. Неметаллические включения в алюминиевых сплавах / М. Б. Альтман. - М. : Металлургия, 1965. - 127 с.

9. Макаров, Г. С. Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. Основы производства / Г. С. Макаров. - М. : Интермет Инжиринг, 2011. - 528 с.

10. Davis, S. B. B. Final Report on Refining Technologies of Aluminum / S. B. B. Davis, A. Javaid, E. Essadiqi. - Technical Report №2003-21(CF), 2003.

11. Zhang, L. Removal of Impurity Elements from Molten Aluminum: A Review / L. Zhang, X. Lv, A. Torgerson, M. Long // Journal Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. - 2011 P. 150228.

12. Макаров, Г. С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами / Г. С. Макаров. - М. : Металлургия, 1983. - 119 с.

13. Альтман, М. Б. Рафинирование алюминиевых сплавов в вакууме / М. Б. Альтман, Е. Б. Глотов, В. Л. Засыпкин, Г. С. Макаров. - М. : Металлургия, 1970. - 240 с.

14. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. Москва: «Руда и металлы», 2016. 256 с

15. Напалков, В. И. Структуры и дефекты слитков из алюминия и его сплавов / В. И. Напалков, А. Е. Афанасьев, Б. В. Овсянников, Д. А. Попов, В. Н. Баранов, В. Ф. Фролов, Т. Н. Ковалева. -Красноярск : Сиб. Федер. Ун-т, 2018, 172 с.

16. Добаткин В. И. Газы и окислы в алюминиевых деформируемых сплавах / В. И. Добаткин, Р. М. Габидуллин, Б. А. Колачев, Г. С. Макаров. - М.: Металлургия, 1976. - 264 с.

17. Zhang, L. Fundamentals of inclusion removal from liquid steel by bubble flotation / L. Zhang, S. Taniguchi // International materials reviews. - 2000. - 59-82.

18. Фильтр для алюминия ФЭА / URL: http://bellit.ru

19. Aluminium filtration fiberglass fabric / URL: http://filterceramic.com

20. PDBF® deep bed filter / URL: https://novelispae.com/

21. Metal Filtration / URL: https://www.pyrotek.com/primary-solutions/aluminium/casthouse/metal-treatment-casthouse/metal-filtration/

22. Фукс Н. А. Механика аэрозолей. / Н. А. Фукс. - Москва: Издательство АН СССР, 1955.

23. Saffman, P. G. F. On the collision of drops in turbulent clouds / P. G. F. Saffman, J. S. Turner // Journal of Fluid Mechanics. - 1956. - P. 16-30.

24. Miki, Y. Modeling of inclusion removal in a tundish / Y. Miki, B. G. Tomas // Metallurgical and materials transactions B. - 1999. - P. 639-654.

25. Lou, W. Numerical simulations of inclusion behavior and mixing phenomena in gas-stirred ladles with different arrangement of tuyeres / W. Lou, M. Zhu // ISIJ international. - 2014. - P. 9-18.

26. Бааке, Э. МГД технологии в металлургии. Интенсивный курс Специализация IV/ Э. Бааке, Д. Барглик, С. Лупи, А. Никаноров, Е. Павлов, С. Павлов, М. Первухин, В. Тимофеев, С. Тимофеев, М. Хацаюк, А. Якович. - СПб. : Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. - 250 с.

27. Пат. US № 1966/3227547 - Degassing molten metals / A. G. Szekely. - Publ. 01.04.1966.

28. Пат. US № 1973/3743263 - Apparatus for refining molten aluminum / A. G. Szekely. - Publ. 03.07.1973.

29. Пат. US № 1992/5158737 - Apparatus for refining molten aluminum / A. G. Stein. - Publ. 27.10.1992

30. Пат. US № 1997/5678807 - Rotary degasser / P. V. Cooper. - Publ. 21.10.1997.

31. Пат. US № 2009/9127332 B2 - Molten aluminum refining and gas dispersion system / R. A. Frank, M. S. Klepacki. - Publ. 08.09.2015.

32. Degassing Systems / URL: https://www.pyrotek.com/

33. ALPUR Degasser / URL : https://novelispae.com/alpur-degasser/

34. LARS® Aluminum Refining System / / URL : https://almexusa.com/

35. Filter Box Systems / URL : https://www.pyrotek.com/primary-solutions/aluminium/casthouse/metal-treatment-casthouse/metal-filtration/show/ProductLine/filter-box-systems

36. FOUNDRY FILTER / URL: Shttps://selee.com/foundry/

37. Фильтры DRACHE / URL: https://drache-gmbh.ru/

38. Aubrey, L. S. The development and performance evaluation of a dual stage ceramic foam filtration system / Minerals, Metals and Materials Society, Warrendale, PA, 1996

39. Пат. US № 1997/5673902A - Dual stage ceramic foam filtration system and method / L. S. Aubrey, C. L. Oliver, B. T. MacPhail - Publ. 07.10.1997

40. Ray, S. Measurement of filtration performance, filtration theory and practical applications of ceramic foam filters / S. Ray, B. Milligan, N. Keegan // Aluminium Cast House Technology. - 2005. - P. 1-12.

41. Пат. US № 1981/4343704 - Ceramic Foam Filter/ J. W. Brockmeyer. - Publ. 22.01.1981.

42. Aubrey, L. S. Development of a phosphate-free reticulated foam filter material for aluminium cast houses / L. S. Aubrey, R. Olson, D. D. Smith // Materials science forum. - Trans Tech Publications Ltd, 2010. - P. 137-146.

43. Курдюмов, А. В. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов / А. В. Кудрюмов, С. В. Инкин, В. С. Чулков, Н. И. Графас. - М.: Металлургия, 1980. - 196 с.

44. Eskin, D. G. Overview of Ultrasonic Degassing Development / D. G. Eskin // Light Metals. - 2017. - P. 1437-1443.

45. Верте, Л. А. Электромагнитная разливка и обработка жидкого металла / Л. А. Верте / М.: Металлургия, 1966

46. Полищук, В. П. Магнитодинамические насосы для жидких металлов / В. П. Полищук, М. Р. Цин, Р. К. Горн, В. И. Дубоделов, В. К. Погорский, В. А. Трефняк. - К.: Наук. Думка, 1989

47. А.с. СССР № 129094 - Индукционный насос для перекачивания жидкой стали / М. Г. Резин, Я. И. Дробинин. - Опубл. 01.01.1960

48. А.с. СССР № 158291 - Способ вакуумирования металла / Л. А. Верте. - Опубл. 01.01.1957

49. А.с. СССР № 242936 - Устройство для непрерывного вакуумирования / Г. С. Макаров, В. Д. Мищенко, Г. И. Кабаков, В. В. Филиппов, В. Н. Князев, А. А. Алехин, В. В. Алексеев - Опубл. 05.05.1969

50. Пат. РФ № 2194779 - Устройство для электромагнитного рафинирования электропроводных расплавов / Р.М. Христинич, В.Н. Тимофеев, Е. В. Христинич, Н. П. Макакушин. - Опубл. 20.12.2002

51. Маракушин, Н. П. Индукционная установка для рафинирования алюминиевых расплавов: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Н. П. Маракушин. - Красноярск, 2004. - 205 с.

52. А.с. СССР № 1195168 - Отъемная индукционная единица / В. Н. Тимофеев, А. А. Темеров, Ю. М. Гориславец, А. Ф. Колисниченко, Р. М. Христинич. - Опубл. 30.11.1985

53. А.с. СССР № 1300284 - Отъемная индукционная единица / С. А. Бояков, В. А. Золотухин, А. А. Темеров, В. Н. Тимофеев, Р. М. Христинич. - Опубл. 30.03.1987.

54. А.с. СССР № 1469274 - Отъемная индукционная единица / В. Н. Тимофеев, Р. М. Христинич, С. А. Бояков, А. А. Темеров, Р. Ф. Куртбединов, И. Г. Рясик. - Опубл. 30.03.1989.

55. Пат. РФ № 2438272 - Индукционная канальная печь / В.Н. Тимофеев, Н. В. Тимофеев, Н. В. Сергеев. - Опубл. 27.12.2011.

56. Блинов, В. И. Полидисперсное МГД течение с коагуляцией частиц в каналах индукционных печей для приготовления алюминиевых сплавов / В. И. Блинов, Ю. М. Гориславец, В. А.

Золотухин, А. Ф. Колисниченко, О. Н. Лунькова, А. А. Темеров. — Препринт, Киев: ИЭД АН УССР, 1986.

57. Wang, Q. Behavior of non-metallic inclusions in a continuous casting tundish with channel type induction heating / Q. Wang, D. Qi, B. Li, F. Tsukihashi // ISIJ international. - 2014. - P. 2796-2805.

58. А.с. СССР № 1814362А1 - Устройство для нагрева жидкого металла / Ю. М. Гориславец, В. Г. Иванов, А. Ф. Колисниченко, А. А. Кучаев, А. А. Темеров. - Опубл. 20.03.1995.

59. А.с. СССР № 1680789А1 - Устройство для плавки и рафинирования металла / Ю. М. Гориславец, А. Ф. Колисниченко, А. А. Кучаев, А. В. Люткевич. - Опубл. 30.09.1991.

60. А.с. СССР № 942323 - Устройство для разливки металла / В. К. Погорский, В. П. Полищук. -Опубл. 07.04.1988.

61. Baranovskis, R. Contactless Aluminum Degassing System - GalnSn Model Experiments and Numerical Study / R. Baranovskis, D. Berenis, I. Grants, A. Bojarevics, T. Beinerts, M. Milgravis // Journal of Sustainable Metallurgy. - 2021. - P. 1899-1909.

62. Tonry, C. E. H. Acoustic resonance for contactless ultrasonic cavitation in alloy melts / C. E. H. Tonry, G. Djambazov, A. Dybalska, W. D. Griffiths, C. Beckwith, V. Bojarevics, K. A. Pericleous // Ultrasonics Sonochemistry. - 2020.

63. Повх, И. Л. Магнитогидродинамическая сепарация / И. Л. Повх, Б. В. Чекин. - Киев : Наукова думка, 1978. - 147 с.

64. Leenov, D. Theory of electromagnetophoresis. I. Magnetohydrodynamic forces experienced by spherical and symmetrically oriented cylindrical particles /D. Leenov, A. Kolin // Journal of Chemical Physics. - 1954. - P. 683-689.

65. Zhang, L. Application of electromagnetic (EM) separation technology to metal refining processes: a review / L. Zhang, S. Wang, A. Dong, J. Gao, L. N. W. Damoah // Metallurgical and materials transactions B. - 2014. - P. 2153-2185.

66. А. с. СССР №141592 - Способ обработки жидкого металла / Л. А. Верте. - Опубл. 01.01.1961.

67. Marty, P. Theoretical and experimental aspects of electromagnetic separation/ P. Marty, A. Alemany // Metallurgical Applications of Magnetohydrodynamics. - 1982. - P. 245-259.

68. А.с. СССР №362056 - Устройство для удаления неметаллических включений из расплава / Н. И. Фомин, А. А. Вертман, О. В. Андреева, Б. В. Украинцев. - Опубл. 13.07.1972.

69. А.с. СССР №177436 - Способ подвода электрического тока в жидкий металл / А. Б. Капуста, Б. Б. Чекин. - Опубл. 18.08.1965.

70. А.с. СССР №162554 - Устройство для очистки жидкого металла от неметаллических включений / В. П. Полищук, М. Р. Цин, Л. В. Борзова. - Опубл. 08.05.1964.

71. Korovin, V. M. Separation of particles, suspended in a conducting liquid, with the help of an alternating electromagnetic field / V. M. Korovin // Magnetohydrodynamics. - 1986.

72. Li, K. Theoretical and experimental investigation of aluminum melt cleaning using alternating electromagnetic field / K. Li, J. Wang, D. Shu, T. X. Li, B. Sun, Y. H. Zhou // Materials letters. - 2002.

- P. 215-220.

73. Shu, D. Continuous separation of non-metallic inclusions from aluminum melt using alternating magnetic field / D. Shu, B. Sun, K. Li, T. Li, X. Xu. Y. Zhou // Materials Letters. - 2002. - P. 322-326.

74. Yoon, E. P. Continuous elimination of Al2O3 particles in molten aluminium using electromagnetic force / E. P. Yoon, J. P. Choi, J. H. Kim, T. W. Nam, S. Kitaoka // Materials science and technology. -2002. - P. 1027-1035.

75. Wang, S. Separation of non-metallic inclusions from molten steel using high frequency electromagnetic fields / S. Wang, L. Zhang, Y. Tian, Y. Li, H. Ling // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2014. - P.1915-1935.

76. А. с. СССР №461131 - Способ очистки жидких металлов / Л. А. Верте. - Опубл. 31.02.1975.

77. Asai, S. Recent activities on electromagnetic processing of materials / S. Asai Proceedings of The Julian Szekely Memorial Symposium on Material Processing. - 1997. - P. 301-311.

78. Zhong, Y. Effect of distribution of magnetic flux density on purifying liquid metal by travelling magnetic field / Y. Zhong, Z. Ren, K. Deng, G. Jiang, K. Xu // Journal of Shanghai University (English Edition). - 1999. - P. 157-161.

79. Rudnev, V. ASM Handbook Volume 4C: Induction Heating and Heat Treatment / V. Rudnev, G. E. Totten. - ASM International, Ohio, 2014.

80. Золотухин, В. А. О некоторых факторах, влияющих на зарастание окиолами каналов индукционной плавильной печи // В. А. Золотухин, А. А. Темеров, Ю. В. Юдин, Ж. Л. Евхитов // Промышленная энергетика. - 1981. - С. 12-14.

81. Shilova, E. I. Removal of nonconducting irnpurities from liquid metals in the self-magnetic field of an electric current / E. I. Shilova // Magnetohydrodynamics. - 1975. - P. 142-144.

82. Золотохин, В. А. Исследование, разработка и создание высокопроизводительного процесса производства алюминиевых сплавов в крупнотоннажных агрегатах с отъемными индукционными единицами: автореферат дис. ... доктора. техн. наук: 05.16.04 / В. А. Золотухин.

- Москва, 1984. - 56 с.

83. Taniguchi, S. Application of pinch force to the separation of inclusion particles from liquid steel / S. Taniguchi, J. K. Brimacombe // ISIJ international. - 1994. - P. 722-731.

84. Dou, W. Molten Steel Flow, Heat Transfer and Inclusion Distribution in a Single-Strand Continuous Casting Tundish with Induction Heating / W. Dou, Z. Yang, Z. Wang Q. Yue // Metals. - 2021. - P. 1536.

85. Xing, F. Flow field, temperature field, and inclusion removal in a new induction heating tundish with bent channels / F. Xing, S. Zheng, Z. Liu, M. Zhu // Metals. - 2019. - P. 561.

86. Пат. РФ №197407 - Устройство для рафинирования жидких металлов и сплавов / В.Н. Тимофеев, Н. В. Тимофеев, П. А. Хоменков, А. А. Темеров. - Опубл. 23.04.2020.

87. Makarov, S. Electromagnetic separation techniques in metal casting. I. Conventional methods / S. Makarov, R. Ludwig, D. Apelian // IEEE transactions on magnetics. - 2000. - P. 2015-2021.

88. Davidson, P.A. An Introduction to Magnetohydrodynamics / P.A. Davidson. - Cambridge: Cambridge university press, 2016. - 431 p.

89. El-Kaddah, N. A comprehensive mathematical model of electromagnetic separation of inclusion in molten metals // N. A. El-Kaddah // Conference Record of the 1988 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. - 1988. - P. 1162-1167.

90. Shu, D. Study of electromagnetic separation of nonmetallic inclusions from aluminum melt / D. Shu, B. D. Sun, J. Wang, T. X. Li, Y. H. Zhou // Metallurgical and Materials Transactions A. - 1999. - P. 2979-2988.

91. Демидович, В. Б. Моделирование индукционного нагрева стальной проволоки / В. Б. Демидович, Ф. В. Чмиленко, П. А. Ситько // Электричество. - 2014. - С. 62-67.

92. Гринберг, Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений / Г.А. Гринберг. - М. : АН СССР, 1948. - 727 с.

93. Вержбицкий, В.М. Основы численных методов / В.М. Вержбицкий. - М. : Высшая школа, 2002. - 840 с.

94. Fefferman, C. L. Existence and smoothness of the Navier-Stokes equation / C. L. Fefferman // The millennium prize problems. - 2000.

95. Umbrashko, A. Heat and mass transfer in electromagnetically driven recirculated turbulent flows : PhD. Thesis / A. Umbrashko. - Riga, 2010 - 102 p.

96. Spitans, S. Numerical modeling of free surface dynamics of melt in an alternate electromagnetic field. Part II: Conventional electromagnetic levitation / S. Spitans, E. Baake, E. B. Nacke, A. Jakovics, // Metallurgical and Materials Transactions B. 2016. - P.522-536.

97. Scepanskis, M. Solid inclusions in an electromagnetically induced recirculated turbulent flow: Simulation and experiment / M. Scepanskis, A. Jakovics, E. Baake, B. Nacke // International Journal of Multiphase flow. - 2014. - P. 19-27.

98. Pavlovs, S. LES modelling of turbulent flow, heat exchange and particle transport in industrial induction channel furnaces / S. Pavlovs, A. Jakovics, E. Baake, B. Nacke, M. Kirpo // Magnetohydrodynamics. 2011. - P. 399-412.

99. Timofeev, V. Theoretical design fundamentals for MHD stirrers for molten metals / V. Timofeev, M. Khatsayuk // Magnetohydrodynamics. - 2016. - P. 495-506.

100. Scepanskis, M. The magnetohydrodynamic force experienced by spherical iron particles in liquid metal / M. Scepanskis, A. Jakovics // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2016. - P. 30-35.

101. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М. : Мир, 1975. - 318 с.

102. Смирнов, Е.М. Метод конечных объёмов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии / Е.М. Смирнов, Д.К. Зайцев // Научно-технические ведомости. - 2004. - №2. - С. 70-81.

103. Ansys | Engineering Simulation Software / URL: https://www.ansys.com/

104. Ansys Maxwell / URL: https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-maxwell

105. Ansys CFX / URL: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-cfx

106. Ansys Fluent / URL: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent

107. COMSOL Multiphysics / URL: http://www.comsol.com/products/multiphysics

108. Elmer FEM / URL: http://www.elmerfem.org/blog/

109. GetDP / URL: https://getdp.info/

110. OpenFOAM / URL: https://www.openfoam.com/

111. Хацаюк, М. Ю. Теория и моделирование магнитогидродинамических процессов в электротехнологических комплексах металлургического назначения: дис. ... докт. техн. наук: 05.09.10 / М. Ю. Хацаюк. - Санкт-Петербург, 2019. - 338 с.

112. Vencels, J. EOF-Library: Open-source Elmer FEM and OpenFOAM coupler for electromagnetics and fluid dynamics / J. Vencels, P. Raback, V. Geza, // SoftwareX. - 2019. - P. 68-72.

113. Минаков, А. В. Математическая модель и численное моделирование процесса литья и кристаллизации алюминия в магнитном поле с учетом свободной поверхности / А. В. Минаков, М. В. Первухин, Д. В. Платонов, М. Ю. Хацаюк // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2000. - С. 2094-2108.

114. Pericleous, K. Pseudo-spectral solutions for fluid flow and heat transfer in electro-metallurgical applications / K. Pericleous, V. Bojarevics // Progress in computational fluid dynamics. - 2007.

115. Продукция Сухоложский огнеупорный завод / URL: http://slsoz.ru/produktsiya/

116. Волокнистые огнеупоры / URL: http://masterm-vo.ru/

117. Гельфгат, Ю.М. Магнитогидродинамическое дросселирование и управление жидкометаллическими потоками / Ю.М. Гельфгат, Л.А. Горбунов, И.В. Витковский. - Рига: Зинатне, 1989. - 312 с

118. Brennen, C. E. Fundamentals of multiphase flow / C. E. Brennen. - Cambridge University Press, 2005. - 410 p.

119. Loth, E. Numerical approaches for motion of dispersed particles, droplets and bubbles / E. Loth // Progress in energy and combustion science. - 2000. - P. 161-223.

120. Alexander, A. J. An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems / A. J. Alexander, S. A. Morsi // J. Fluid Mech. - 1972. - P. 193-208.

121. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник для вузов Том 2 / Л.Р. Нейман, К.С. Демирчян. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л. : Энегоиздат, 1981. - 416 с.

122. Biro, O. Finite element analysis of 3-D eddy currents / O. Biro, K. Preis // IEEE Transactions on Magnetics. - 1990. P. 418-423.

123. Biro, O. Various FEM formulations for the calculation of transient 3D eddy currents in nonlinear media / O. Biro, K. Preis, K. R. Richter // IEEE Transactions on Magnetics. - 1995. - P. 1307-1312.

124. Ren, Z. T-Q formulation for eddy-current problems in multiply connected regions / Z. Ren // IEEE Transactions on Magnetics. - 2002. - P. 557-560.

125. Кравченко, А. Н. Краевые характеристики в задачах электродинамики / А. Н. Кравченко. - Киев: Наукова думка. - 1989. - 224 с

126. Cendes, Z. Magnetic field computation using Delaunay triangulation and complementary finite element methods / Z. Cendes, D. Shenton, H. Shahnasser // IEEE Transactions on Magnetics. - 1983. P. 2551-2554.

127. Cendes, Z. Adaptive mesh refinement in the finite element computation of magnetic fields / Z. Cendes, D. Shenton // IEEE Transactions on Magnetics. - 1985. P. 1811-1816.

128. Launder, B. E. Lectures in mathematical models of turbulence / B. E. Launder, D. B. Spalding. -London: Academic press. - 1972. - 176 p

129. Chen, Y.S. Computation of turbulent flows using an extended k-epsilon turbulence closure model / Y. S. Chen, S. W. Kim. - NASA. - 1987. - 30 p

130. Wilcox, D. A half century historical review of the k-omega model / D. A. Wilcox // 29th aerospace sciences meeting. - 1991. - P. 615.

131. Menter, F. R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications / F. R. Menter. - AIAA Journal. - 1994. - Vol. 8. - P. 1598-1605.

132. Остроумов, Г. А. Свободная тепловая конвекция в условиях внутренней задачи / Г. А. Остроумов. - М: Гостехиздат. - 1952. - 286 с.

133. Fluent 6.2 Theory Guide (ANSYS, Inc., USA, 2017).

134. Альтгаузен, А.П. Электротермическое оборудование: Справочник / А.П. Альтгаузен. - М. : Энергия, 1980. - 416 с.

135. Toschi, F. Lagrangian properties of particles in turbulence / F. Toschi, E. Bodenschatz //Annual review of fluid mechanics. - 2009. - P. 375-404.

136. Scepanskis, M. The Modelling of the Behaviour of Solid Inclusions in the EM Induced Recirculated Turbulent Flows of Liquid Metal: PhD. Thesis / M. Scepanskis. - Riga, 2014 - 143 p.

137. Jin, D. Investigation on interphase force modeling for vertical and inclined upward adiabatic bubbly flow / D. Jin, J. Xiong, X. Cheng // Nuclear Engineering and Design. - 2019. - P. 43-57.

138. Кирко, И. М. Экспериментальное исследование динамики жидкометаллических капель в электромагнитном поле в условиях пониженной гравитации / И. М. Кирко, Е. И. Добычин, В. И. Попов // Магнитная гидродинамика. - 1970. - C. 29-32

139. Яценко, С. С. Измерение скорости движения диэлектрической капли в электролите в скрещенных электрическом и магнитном полях // С. С. Яценко // Магнитная гидродинамика. -1974. - C. 152-154.

140. Добычин, Е. И. Силовое воздействие электромагнитного поля на частицы неоднородной среды // Е. И. Добычин, В. И. Попов // Магнитная гидродинамика. - 1971. - с. 29-32

141. Андрес, У. Ц. Электромагнитное выталкивание сферического тела из проводящей жидкости / У. Ц. Андрес, Л. С. Полак, С. И. Сыроватский // Журнал технической физики. - 1963. - C. 263267.

142. Natarajan, T. T. A new method for three-dimensional numerical simulation of electromagnetic and fluid-flow phenomena in electromagnetic separation of inclusions from liquid metal / T. T. A. Natarajan. N. El-Kaddah // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2002. P. 775-785.

143. Zhang, X. Electric current-driven migration of electrically neutral particles in liquids / X. Zhang, R. Qin //Applied Physics Letters. - 2014. - P. 114106.

144. Saffman, P. G. The lift on a small sphere in a slow shear flow / P. G. Saffman // Journal of fluid mechanics. - 1965. P. 385-400.

145. Mei, R. An approximate expression for the shear lift force on a spherical particle at finite Reynolds number / R. Mei //International Journal of Multiphase Flow. - 1992. P. 145-147.

146. Gosman, A. D. Aspects of computer simulation of liquid-fueled combustors / A. D. Gosman, E. Loannides // Journal of energy. - 1983. P. 482-490.

147. Wakeman, T. Measured particle rebound characteristics useful for erosion prediction / T. Wakeman, W. Tabakoff // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. - American Society of Mechanical Engineers, 1982

148. Kim, J. K. An analytical solution of the critical interface velocity for the encapturing of insoluble particles by a moving solid/liquid interface / J. Kim, P. K. Rohatgi // Metallurgical and Materials Transactions A. - 1998. - P. 351-358.

149.Yuan, Q. Study of transient flow and particle transport in continuous steel caster molds: Part II. Particle transport / Q. Yuan, B. G. Thomas, S. P. Vanka // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2004. P. - P. 703-714.

150. Wang, Q. Numerical analysis of inclusion motion behavior in electroslag remelting process / Q. Wang, R. Wang, Z. He, G. Li, B. Li, H. Li // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2018. -P.1333-1344.

151. Wang, Q. Numerical simulation on refractory wear and inclusion formation in continuous casting tundish / Q. Wang, C. Tan, A. Huang, W. Yan, H. Gu, Z. He, G. Li // Metallurgical and Materials Transactions B.- 2021. - P. - 1344-1356.

152. Smoluchowski, M. V. Mathematical theory of the kinetics of the coagulation of colloidal solutions / M. V. Smoluchowski // Z. Phys. Chem. - 1917. - P. 129-168.

153. Toh, T. Kinetics evaluation of inclusions removal during levitation melting of steel in cold crucible / T. Toh, H. Yamamura, H. Kondo, M. Wakoh, S. I. Shimasaki, S. Taniguchi // ISIJ international. -2007. - P. 1625-1632.

154. Lindborg, U. A collision model for the growth and separation of deoxidation products / U. A. Lindborg // Trans. Metall. Soc. AIME. - 1968. - P. 94.

155. Taniguchi, S. Mechanisms of collision and coagulation between fine particles in fluid / S. Taniguchi, A. Kikuchi // Tetsu-to-hagane. - 1992. - P. 527-535.

156. Lei, H. Numerical simulation of collision-coalescence and removal of inclusion in tundish with channel type induction heating / H. Lei, B. Yang, Q. Bi, Y. Xiao, S. Chen, C. Ding, // ISIJ International. - 2019.

157. Higashitani, K. O. Kinetic theory of shear coagulation for particles in a viscous fluid / K. O. Higashitani, R. Ogawa, G. Hosokawa, Y. Matsuno // journal of chemical engineering of Japan. 1982. -P. 299-304.

158. Taniguchi, S. Model experiment on the coagulation of inclusion particles in liquid steel / S. Taniguchi, A. Kikuchi, T. Ise, N. Shoji // ISIJ international. - 1996. - P117-120.

159. Nakaoka, T. Particle-size-grouping method of inclusion agglomeration and its application to water model experiments / T. Nakaoka, S. Taniguchi, K. Matsumoto S. T. Johansen // ISIJ international. -2001. - P. 1103-1111.

160. Lei, H. Mathematical model for cluster-inclusion's collision-growth in inclusion cloud at continuous casting mold / H. Lei, Y. Zhao, D. Q. Geng // ISIJ international. - 2014. - P. 1629-1637.

161. Ling, H. Mathematical modeling on the growth and removal of non-metallic inclusions in the molten steel in a two-strand continuous casting tundish / H. Ling, L. Zhang, H. Li // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2016. - P. 2991-3012.

162. Maniruzzaman, M. Mathematical modeling and computer simulation of the rotating impeller particle flotation process: Part II. Particle agglomeration and flotation / M. Maniruzzaman, M. Makhlouf // Metallurgical and materials transactions B. - 2002. - P. 305-314.

163. Warke, V. S. Mathematical modeling and computer simulation of molten aluminum cleansing by the rotating impeller degasser: Part II. Removal of hydrogen gas and solid particles / V. S. Shankar, M. M. Makhlouf // Journal of materials processing technology. - 2005. - P. 119-126.

164. Lei, H. Mathematical model for collision-coalescence Among inclusions in the bloom continuous caster with M-EMS / H. Lei, J. Jiang, B. Yang, Y. Zhao, H. Zhang, W. Wang, G. Dong // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2018. - P. 666-676.

165. Simard, A. A. Cleanliness measurement benchmarks of aluminum alloys obtained directly at-line using the prefil-footprinter instrument / A. A. Simard, F. Dallaire, J. Proulx, P. Rochette // Light Metals. - 2000. - P. 739-744.

166. Feikus, F. In Situ Detection of Non-metallic Inclusions in Aluminum Melt (1xxx)—Comparison Between a Newly Developed Ultrasonic Technique and LiMCA and PoDFA / F. Feikus, F. Funken, T. Waschkies, A. Buhrig-Polaczek // Light Metals. - 2019. - P. 1623-1629.

167. Brun, P. L. Development of a LiMCA Methodology for the Measurement of Inclusions at Different Depths in Molten Aluminium / P. L. Brun, F. Taina // Light Metals 2015. - 2015. - P. 991-996.

168. Badowski, M. Measurement of non-metallic inclusions in the size range of 10-20p,m by LiMCA / M. Badowski, Instone S // Light Metals 2012. - 2012. - P. 1077-1083.

169. Guthrie, R. I. L. In situ detection of inclusions in liquid metals: Part II. Metallurgical applications of LiMCA systems / R. I. L. Guthrie, M. Li //Metallurgical and Materials Transactions B. - 2001. - P. 1081-1093.

170. Хацаюк, М. Ю. Индукционная установка с МГД воздействием на высоколегированные алюминиевые сплавы в процессе их приготовления и разливки: дис ... канд. тех. наук: 05.09.01 / М. Ю. Хацаюк. — Екатеринбург, 2013. — 232 с.

171. Maxwell Online Help [Электронный ресурс]

172. Van Doormaal, J. P. Enhancements of the SIMPLE method for predicting incompressible fluid flows / J. P. Van Doormaal, R. D. Raithby // Numerical heat transfer. - 1984. - P. 147-163.

173. Темеров А. А. Электромагнитные явления и преобразование энергии при индукционной плавке алюминия в канальных однофазных печах: дисс. ... канд. Техн. наук: 05.09.05 / А. А. Темеров - Киев, 1987. - 225 с.

174. Тимофеев, В.Н. Электромагнитные вращатели, перемешиватели и дозаторы алюминиевых расплавов: дис. ... д-ра техн. наук: 05.09.03 / В.Н. Тимофеев. - Красноярск, 1994. - 410 с.

175. Кикоин И. К. Таблицы физических величин: справочник/под ред. акад //ИК Кикоина. - 1976.

176. Takahashi, K. Electromagnetic separation of nonmetallic inclusion from liquid metal by imposition of high frequency magnetic field / K. Takahashi, S. Taniguchi // ISIJ international. - 2003. P. 820-827. 174. ГОСТ 3221-85 «Алюминий первичный. Методы спектрального анализа

СИБИРСКИМ SIBERIAN ФЕДЕРАЛЬНЫЙ FEDERAL УНИВЕРСИТЕТ UNIVERSITY

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ФГАОУ ВО «Сибирский

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет»

660041, Красноярский край, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79 телефон: [phone], тел./факс: [phone] http://www.sfu-kras.ru, e-mail: [e-mail]

ОКПО 02067876; ОГРН 1022402137460; ИНН/КПП 2463011853/246301001

№

на №

от

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Винтера Эдуарда Робертовича в учебный процесс Политехнического института

Теоретические и практические результаты диссертационной работы Винтера Э. Р. на тему «Электротехнология магнитогидродинамической очистки алюминиевого расплава от твердых частиц неметаллических включений» использованы при:

- преподавании дисциплин «Электротехнологические установки и системы», «Магнитная гидродинамика в металлургии», «Моделирование электротехнологических установок» бакалаврам по профилю 13.03.02.32 «Электротехника»;

- создании лаборатории физического моделирования МГД-процессов, применяемой при выполнении исследовательских и выпускных работ студентов и аспирантов кафедры «Электротехника»

Заведующий кафедрой «Электротехника»

ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

ПИ СФУ, д.т.н., доцент

М. Ю. Хацаюк

Директор ПИ СФУ, д.т.н., доцент