Краткие теоретические сведения

С целью обеспечения однородности слитков по химическому составу и физическим свойствам, увеличению теплоотдачи от жидкой фазы следует осуществлять МГД – перемешивание жидкой сердцевины при кристаллизации слитка. При перемешивании осуществляется эффективное воздействие на дендритную структуру кристаллизующегося слитка, ускоряется процесс затвердевания и как следствие увеличивается скорость его вытягивания.

Устройство и принцип работы модели. Физическая модель (рис. 8.1, а) представляет собой кристаллизатор скольжения, предназначенный для получения цилиндрических алюминиевых слитков диаметром 180 мм, оснащенный МГД – перемешивателем.

На рис. 8.1, б представлен общий вид МГД – перемешивателя, состоящего из катушек 1 и магнитопровода 2. В качестве материала магнитопровода используются листы электротехнической стали, собранные в пакеты с пазами со стороны слитка. Конструкция включает в себя шесть катушек, намотанных на ярмо. Катушки подключены к трёхфазной питающей сети, фазовый сдвиг между токами обмоток составляет 60°.

а б

Рисунок 8.1 – Физическая модель (а) и общий вид конструкции МГД – перемешивателя (б)

В кристаллизатор 1 непрерывно поступает жидкий металл 2. Индуктор 3 оказывает силовое воздействие на расплав в результате наведения вихревых токов. Жидкая фаза перемешивается электромагнитными силами, создающими вращающееся магнитное поле. Под действием охлаждающей воды, поступающей на боковую поверхность слитка из охладителя 4, жидкая масса непрерывно затвердевает, превращаясь в слиток. Граница раздела твердой и жидкой фаз образует фронт кристаллизации 5. Твердая зона слитка 6 вытягивается вниз.

Рисунок 8.2 – Схема перемешивания жидкой сердцевины слитка в процессе литья

Применение. Литейное производство алюминиевых слитков с улучшенными физическими свойствами.

Подготовка к работе

1. Настроить требуемый режим работы частотного преобразователя.

2. Установить датчики Холла в точки измерения

3. Запустить систему измерения «LabVIEW SignalExpress».

Порядок выполнения работы

1. Вывести на экран монитора программную панель систему виртуальных осциллографов. Для этого запустить файл «Трехфазные системы».

2. Подключить измерительный датчик поля к осциллографу.

3. Подготовить частотный преобразователь, задав кривую зависимости напряжения от частоты. Для этого нужно на дисплее источника выбрать пункт «Редактирование констант».

4. При частоте 10 Гц в качестве констант задать следующие значения: E1-13 = 40 В, E1-12 = 100 В, E1-11 = 15 Гц, E1-10 = 3,5 В, E1-09 = 5 Гц, E1-08 = 10 В, E1-07 = 5 Гц, E1-06 = 10 Гц, E1-05 = 40 В, E1-04 = 100 Гц. При частоте 50 Гц: E1-13 = 150 В, E1-12 = 100 В, E1-11 = 70 Гц, E1-10 = 3,5 В, E1-09 = 5 Гц, E1-08 = 10 В, E1-07 = 25 Гц, E1-06 = 50 Гц, E1-05 = 40 В, E1-04 = 100 Гц.

5. Подать напряжение на индуктор, перейдя в пункт «Работа» и нажав «Пуск».

6. Используя заданные контрольные точки (рис. 8.3) произвести замеры вертикальной и горизонтальной составляющих магнитной индукции при частотах f = 10, 50 Гц и силе тока I = 2 А. Датчики Холла ориентируются таким образом, что один датчик измеряет горизонтальную составляющую поля, а другой измеряет вертикальную составляющую. Измерение количественных характеристик магнитного поля осуществляется двухканальным осциллографом, входы которого подключаются к выходам датчиков Холла. Напряжения, измеренные с выходов датчиков пересчитываются в единицы магнитного поля с помощью коэффициента преобразования схемы:

,

(8.1)

где B - магнитная индукция, Тл; U - напряжение, мВ.

Измерения поля проводятся по оси катушек и магнитопровода. Расстояние между контрольными точками № 1, 4 и внутренней стенкой кристаллизатора составляет 10 мм. Контрольные точки № 3, 6 располагаются в центре кристаллизатора. Расстояние между центральными точками и точками № 2, 5 составляет 45 мм. Полученные результаты занести в табл. 1 и в табл. 2.

Таблица 8.1. Результаты измерения горизонтальной составляющей

магнитной индукции.

№ Контрольной точки	1	2	3	4	5	6
B, Тл при f = 10Гц
B, Тл при f = 50 Гц

Таблица 8.2. Результаты измерения вертикальной составляющей

магнитной индукции.

№ Контрольной точки	1	2	3	4	5	6
B, Тл при f = 10Гц
B, Тл при f = 50 Гц

Рисунок 8.3 –Схема расположения контрольных измерительных точек

6. Анализируя полученные данные, сделать выводы об интенсивности электромагнитного воздействия на рассматриваемые области слитка при различных частотах.

Контрольные вопросы

1. Каковы условия получения вращающегося магнитного поля?

2. Как изменить направление вращения магнитного поля?

3. В чем заключается эффект Холла?

4. Физическое определение индукции магнитного поля?

5. Какие силовые воздействия на жидкий металл составляют радиальная и тангенциальная составляющие магнитной индукции?

Лабораторная работа № 9