Особливості розподілу поля течій у металевому розплаві при його одночасній обробці різними типами струмів

Abstract

У ливарному виробництві використовують різні методи при підготовці розплаву для розливання з метою забезпечити високі показники якості виливка. Для цього використовують, у тому числі, енергетичні методи, серед яких останніми роками пропонується застосовувати кондукційну електрострумову обробку розплаву (КЕСО). Її дія є багатофункціональною та багатоцільовою. При цьому генерується комплекс фізичних полів (електромагнітне, температурне, акустичне та поле течій). Їх інтегральна дія впливає на позитивну зміну термодинамічного стану розплаву. Роль течій полягає у тому, щоб забезпечити активне перемішування розплаву. Традиційно для КЕСО з одним типом струму використовують пару електродів. У випадку застосування одночасної обробки різних типів струму та типів електродних систем виникає проблема визначення розподілу полів у розплаві та їх інтенсивностей. Тому актуальною постає задача з наступною метою – визначити умови та фактори, за яких досягається при одночасній обробці розплаву різними типами струмів розосереджування зон підвищеної інтенсивності по всьому об’єму рідкофазного об’єкту обробки та суттєве збільшення швидкості течій. Методологія. Для розв’язування задачі використовували імітаційне моделювання за допомогою рівнянь Навьє-Стокса для в’язкої нестисливої рідини, та систему рівнянь Максвела у квазістаціонарній постановці. Розрахунки виконувались для рідкого алюмінієво-кремнієвого сплаву типу АК7. Застосовано для аналізу два варіанти електродних систем. В одному – пари електродів розташовано практично у центрі циліндричної ємності, у другому – різнорознесені. Для розрахунків обрано змінний струм (AC), випрямлений (DC) з частотами відповідно 50 Гц та 100 Гц, а також суперпозицію струмів AC+DC. Отримані результати показали, що в залежності від різних варіантів складових системи «типи струмів − типи електродних систем» можливо отримати принципово різну якісну та кількісну топологію поля течій. Найбільш вигідними для реалізації прискорення поля течій показала себе комбінація суперпозиції струмів та DC. А також комбінація AC та DC. Також варіант рознесених пар електродів показав, що при цьому поле течій може займати практично весь об’єм розплаву. Отримані результати дозволяють прогнозувати оптимальний час обробки з урахуванням ефективного змішування обробленого та необробленого розплавів.