Modelowanie matematyczne procesów cieplno-przepływowych w próżniowym piecu indukcyjnym z zimnym tyglem

• Autorzy: Buliński, P. , Smółka, J. , Golak, S. , Przyłucki, R.

Warianty tytułu

EN

Mathematical modelling of heat and mass transfer processes in induction furnace with cold crucible

• Konferencja: Konferencja Naukowo-Techniczna "Problemy cieplne w elektrotechnice i elektrotechnologie" (IV, 18-20.09.2017 ; Konopnica, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Próżniowe piece indukcyjne umożliwiają wytop metali o wysokich temperaturach topnienia takich jak tytan i jego stopy. Dzięki zastosowaniu próżni końcowy produkt charakteryzuje się wysoką czystością. Zbadanie zjawisk zachodzących w indukcyjnych piecach poróżnionych jest istotne z punktu widzenia ich sterowania i optymalizacji. W tym celu stosuje się metody pomiarowe oraz metody numeryczne. W przedstawionej pracy zastosowano podejście mieszane porównując wyniki uzyskane modelem matematycznym z wynikami eksperymentalnymi. Model matematyczny został zdefiniowany osobno dla pola elektromagnetycznego oraz cieplno-przepływowego. Informacje pomiędzy modelami byty wymieniane w obu kierunkach poprzez zastosowanie własnego kodu źródłowego. Zaproponowany model matematyczny umożliwił wyznaczenie temperatury wewnątrz ciekłego metalu, strat ciepła do otoczenia, kształtu powierzchni swobodnej oraz efektywności oczyszczania metalu z zanieczyszczeń. Walidacja modelu przeprowadzona w oparciu o pomiary kamerą termowizyjną, kamerą szybką oraz analizę chemiczną wykazała wysoką zgodność.

EN

The principal aim of the proposed research is the development of a validated mathematical model of coupled processes taking place during metal melting in induction furnaces with cold crucibles. The mathematical description of process in the furnace should encompass sub-models of all its constituent phenomena. To accomplish this, the developed algorithm will account for mutual interactions of electromagnetic and thermofluid fields. The most important question here is the evaluation of the complex shape of the free surface of the liquid metal, flow pattern in the melt, heat transfer, transport of components in the liquid metal, their evaporation from the metal surface and further transport in the inert or protective atmosphere over the crucible.

Słowa kluczowe

PL

piec indukcyjny; zimny tygiel; proces wielofazowy; wymiana masy; model sprzężony

EN

induction furnace; cold crucible; multiphase process; mass transfer; coupled model

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 127
• Strony: 209--216
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., il., rys., wykr.

Twórcy

autor

Buliński, P.

• Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej

autor

Smółka, J.

• Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej

autor

Golak, S.

• Politechnika Śląska, Katedra Informatyki Przemysłowej

autor

Przyłucki, R.

• Politechnika Śląska, Katedra Informatyki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Spitans S., Jakovics A., Baake E., Nacke B., Numerical modelling of free surface dynamics of conductive melt in the induction furnace, Magnetohydrodynamics 46, pp. 317-328,2010.
• [2] Song J.H., Min B.T., Kim J.H., Kim H.W., Hong S.W., Chung S.H., An electromagnetic and thermal analysis of a cold crucible melting, International Communications in Heat and Mass Transfer 32, pp. 1325-1336, 2005.
• [3] Liu T., Dong Z., Zhao Y., Wang J., Chen T., Xie H., Li J., Ni H., Huo D, Purification of metallurgical silicon through directional solidification in a large cold crucible, Journal of Crystal Growth 355, pp. 145-150, 2012.
• [4] Buliński P., Smółka J., Golak S., Przyłucki R, Blacha L., Białecki R., Palacz M., Siwiec G., Effect of turbulence modeling in numerical analysis of melting process in an induction furnace, Archives of Metallurgy and Materials, 60, pp. 1575-1579, 2015.
• [5] Buliński P., Smółka J., Golak S., Przyłucki R., Coupled numerical model of metal melting in an induction furnace: sensitivity analysis and validation of model, Przegląd Elektrotechniczny 92(3), pp. 49-52, 2016.
• [6] Buliński P., Smółka J., Golak S., Przyłucki R., Palacz M., Siwiec G., Lipart J., Białecki R., Blacha L., Numerical and experimental investigation of heat transfer process in electromagnetically driven flow within a vacuum induction furnace, Applied Thermal Engineering 124, pp. 1003-1013, 2017.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).