Моделирование электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов при левитационной плавке металлов провели в НГТУ НЭТИ
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ провели исследование электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов при левитационной плавке металлов, во время которой металл расплавляется без контакта со стенками печи за счет электромагнитного поля. Такой подход позволяет добиться высокой чистоты сплава, а также минимизировать потери материала и улучшить однородность структуры получаемого изделия.
Аспирант кафедры автоматизированных электротехнологических установок (АЭТУ) факультета мехатроники и автоматизации Максим Андреев показал эффективность плавки во взвешенном состоянии по сравнению с существующими способами в индукционных, канальных и газовых печах. Преимуществами левитационной плавки являются исключение взаимодействия с тиглем, уменьшение количества отходов и повышение эффективности производства.
Исследование тепловых, электромагнитных и гидродинамических процессов, протекающих в условиях левитационной плавки, которое проводилось под руководством старшего преподавателя кафедры АЭТУ Андрея Морева, имеет высокую научную значимость, потому что позволяет глубже понять механизмы теплопередачи, формирования вихревых течений в расплаве, взаимодействия электромагнитного поля с проводящей средой, что необходимо для разработки более эффективных и устойчивых технологических решений.
«С практической точки зрения моделирование позволит управлять параметрами плавки и повышать качество алюминиевых изделий, в том числе для авиационной, электронной, пищевой и автомобильной отраслей», — рассказал Максим Андреев, добавив, что левитационная плавка будет выгодна в разрезе экономики: она уменьшит износ оборудования и снизит количество отходов и потери цветных металлов.
Для исследования аспирант НГТУ НЭТИ разработал 2D-модель в программном комплексе ANSYS для расчета электромагнитных процессов и интегральных энергетических параметров индукционной установки для левитационной плавки алюминиевой заготовки. Модель позволяет рассчитывать ключевые параметры установки, включая распределение плотности тока и сил Лоренца в расплаве, активную потребляемую мощность, температурное поле, структуру потока жидкого металла, а также форму его свободной поверхности.
Кроме того, был предложен алгоритм сопряжения электромагнитной и теплогидродинамической задач для решения связанной магнитогидродинамической задачи и анализа процессов. Специально для решения задачи левитационной плавки была разработана программа для ЭВМ, а также получен патент — он связан с магнитогидродинамической задачей, решение которой использовалось для исследования магнитогидродинамического перемешивания металла при индукционной плавке.
В совокупности это позволило сделать вывод, что разработанный метод работает корректно: полученные распределения и форма заготовки коррелируют с данными, полученными в работе Сергея Спитанса — физика-исследователя, специалиста в области электромагнитной левитационной плавки металлов, математического моделирования электромагнитных полей и гидродинамики расплавов, который известен разработкой и исследованием численных моделей, позволяющих прогнозировать поведение расплава и обеспечивать устойчивую бесконтактную плавку металлов.
Исследование станет заделом для будущей работы, связанной с плавкой других металлов и попыткой увеличить расплавляемый объем.