Моделирование электрогидравлических процессов в линейном асинхронном двигателе при перемешивании расплава

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования методик расчета электромагнитных и гидравлических процессов в расплаве дуговой печи для задач снижения энергозатрат на перемешивание металла и увеличение производительности дуговых печей. Цель работы: анализ существующих методик расчета электромагнитных и гидравлических процессов в системе «статор – расплав» и разработка усовершенствованных экономичных вариантов линейных двигателей для реализации этих процессов. Рассмотрен комплекс вопросов по моделированию электромагнитных и гидравлических процессов в системе «статор – расплав» в режимах перемешивания жидкого металла и скачивания шлака. Процессы перемешивания расплава происходят при формировании вихрей в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что отражается на требованиях к распределенным силам во всем объеме металла. Для повышения эффективности перемешивания рассмотрен комплекс мер, которые были проанализированы методом моделирования. Методы исследования. Расчеты электромагнитных и гидравлических процессов в расплаве выполнены с помощью метода конечных элементов с использованием программного пакета Comsol. Проведен анализ конструкций статора линейного двигателя для оценки характера движения расплава и выявления возможности переключения из режима перемешивания в режим скачивания шлака. С учетом немагнитных свойств корпуса печи предложена упрощенная геометрическая модель для связанной электрогидравлической задачи, не содержащая футеровки и корпуса печи. Трехмерная задача реализована для гидравлического процесса при задании внутренних сил в ограниченном объеме, соответствующем области протекания токов в расплаве. Результаты. Разработаны численные модели электромагнитного и гидравлического процессов в расплаве, определена зависимость скорости движения жидкого металла от силы, создаваемой двигателем, определены параметры моделей для стационарных режимов. На базе двумерной связанной электрогидравлической модели расплава в печи получены распределения электромагнитных сил и скоростей движения для режимов перемешивания металла и скачивания шлака. Моделирование гидравлических процессов в трехмерной области подтвердило эффективность перемешивания расплава в зоне лобовых частей обмотки статора.