Распределение электромагнитного поля и градиента температуры при индукционной плавке медного шаблона с учетом нелинейных свойств материалов и сложной трехмерной геометрии

Abstract

Разработана трехмерная математическая модель и выполнен анализ неоднородного распределения электромагнитного и температурного полей в футерованном индукторе плавильно-раздаточной печи для плавки меди. Анализ проводился с учетом сложной геометрии индуктора (характерные размеры элементов которого существенно отличаются), нелинейной зависимости удельной электропроводности меди от температуры, ферромагнитных свойств стального сердечника магнитопровода и наличия водного охлаждения медных шин индуктора и его корпуса, а также температуры и массопереноса жидкости. Рассмотрен долговременный процесс нагрева и плавления медного шаблона длительностью 18 часов при нестационарном питании индуктора. Определены локальные области наибольших градиентов температуры в футеровке индуктора и их изменение во времени для анализа надежности и ресурса плавильно-раздаточной печи.A three-dimensional mathematical model has been developed and an analysis of inhomogeneous distribution of electromagnetic and temperature fields have been made in the lined inductor of melting-holding furnace for copper melting. The analysis was done considering a complex geometry of the inductor (which typical dimensions of the elements differ significantly), nonlinear dependence of the copper conductivity on temperature, ferromagnetic properties of a steel magnetic core and an availability of water cooling of the inductor coils and housing, accounting of the fluid temperature and mass transfer. A long-term process of the copper template heating and melting of 18 hours duration at unsteady inductor power was considered. The local areas of the maximum temperature gradients in the lined inductor and their time changes were determined to analyze a reliability and a lifetime of the melting-holding furnace.