Effect of Electromagnetic Field on an Aluminum Billet in the Rotary Casting Machine
Abstract
The article provides analytical and numerical solutions to the problem of calculating the electromagnetic forces acting on a continuously crystallizing aluminum ingot in a rotary casting machine when exposed to an alternating magnetic field of an inductor. Depending on the adopted assumptions, 2D and 3D computational models are constructed. The analytical solution was obtained on the basis of the 2D computational model with a larger number of assumptions. The numerical solution was obtained on the basis of the 3D computational model that takes into account the actual geometric dimensions and current load. The electromagnetic forces normal to the ingot surface are used to press the ingot melt against the crystallizer’s wheel annular groove. Tangential forces ensure mixing of the crystallizing ingot’s liquid core and contribute to improving the ingot structure. It is shown that the ratio of normal and tangential forces can be controlled by changing the phase shift angle between the currents in the grooves of a three-phase inductor. The obtained analytical expressions show that the relative electromagnetic forces acting on the crystallizing ingot are governed by only three parameters. Based on these parameters, a rapid analysis of electromagnetic forces can be quickly performed for a wide range of equipment items. The dependences of electromagnetic forces on the phase shift angle between the currents in adjacent slots of the inductor are presented. As a result of comparing the analytical and numerical solutions of the problem, a conclusion has been drawn about the validity of analytical expressions for electromagnetic forces. The use of electromagnetic forces makes it possible to achieve more efficient production of continuously cast billets made of non-ferrous metals and alloys.
References
Напалков В.И. и др. Непрерывное литье алюминиевых слитков. М.: Интермет Инжиниринг, 2005, 512 с.
Габидуллин, Р.М., Ливанов В.А., Шипилов В.С. Непрерывное литьё алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1977, 168 с.
Continuus-Properzi S.P.A. [Электрон. ресурс], URL: http://www.properzi.com (дата обращения 04.02.2024).
Southwire Company [Электрон. ресурс], URL: http://www.southwire.com (дата обращения 04.02.2024).
ОАО АХК ВНИИМЕТМАШ им. акад. А.И. Целикова. Литейно-прокатные агрегаты для цветных металлов [Электрон. ресурс], URL: https://vniimetmash.ru/produktsiya/oborudovanie-dlya-nepreryvnongo-litya-metallov/liteyno-prokatnye-agregaty-dlya-tsvetnykh-metallov/ (дата обращения: 06.05.2024).
Хрипченко С.Ю. и др. Формирование структуры и свойств алюминиевых слитков в условиях магнитогидродинамического воздействия. – Цветные металлы, 2013, № 4, с. 7073.
Авдулов А.А. Электромагнитный модификатор слитка в роторной литейной машине: дис. … канд. техн. наук. Красноярск, 2015, 162 с.
Тарасов Ф.Е. и др. Исследование механических свойств и микроструктуры авиационных барабанных колес из алюминиевого сплава 2014, изготовляемых изотермической штамповкой с системой индукционного подогрева инструмента. – Заготовительные производства в машиностроении, 2023, № 3, с. 113–119.
Лупи С., Форзан М., Алиферов А.И. Индукционная высокочастотная импульсная закалка стальных изделий. – Электричество, 2023, № 10, с. 48–56.
Демидович В.Б., Тимофеев В.Н., Хацаюк М.Ю. Моделирование технологий плавки и литья легких сплавов в электромагнитном поле. – Электричество, 2024, № 4, c. 27–35.
Бааке Э. и др. МГД технологии в металлургии. Интенсивный курс Специализация IV. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013, 250 с.
Беляев С.В. и др. Совмещенные и комбинированные технологии в литейном производстве. Красноярск: СФУ, 2022, 140 с.
Авдулов А.А. и др. Электромагнитный модификатор структуры алюминиевого слитка для роторной литейной. – Электрометаллургия, 2015, № 2, с. 25–31.
Хацаюк М.Ю. др. Многодисциплинарный численный анализ процесса литья алюминиевых слитков в электромагнитное поле. – Металлург, 2023, № 3, с. 84–95.
Zhang H. et al. Experimental Evaluation of MHD Modelling of EMS during Continuous Casting. – Metallurgical and Materials Transactions B, 2022, No. 53, pp. 2166–2181, DOI: 10.1007/s11663-022-02516-3.
#
Napalkov V.I. et al. Nepreryvnoe lit’e alyuminievyh slitkov (Continuous Casting of Aluminum Ingots). M.: Intermet Inzhiniring, 2005, 512 p.
Gabidullin, R.M., Livanov V.A., Shipilov V.S. Nepreryvnoe lit’yo alyuminievyh splavov (Continuous Casting of Aluminum Alloys). M.: Metallurgiya, 1977, 168 p.
Continuus-Properzi S.P.A. [Electron. resource], URL: http://www.properzi.com (Access on 04.02.2024).
Southwire Company [Electron. resource], URL: http://www.southwire.com (Access on 04.02.2024).
OAO AHK VNIIMETMASh im. akad. A.I. Tselikova (JSC Joint-Stock Holding Company VNIIMETMASH N.A. Acad. A.I. Tselikov) [Electron. resource], URL: https://vniimetmash.ru/produktsiya/oborudovanie-dlya-nepreryvnongo-litya-metallov/liteyno-prokatnye-agregaty-dlya-tsvetnykh-metallov/ (Access on 06.05.2024).
Hripchenko S.Yu. et al. Tsvetnye metally – in Russ. (Non-ferrous Metals), 2013, No. 4, pp. 70–73.
Avdulov A.A. Elektromagnitnyy modifikator slitka v rotornoy liteynoy mashine: dis. … kand. tehn. nauk (Electromagnetic Ingot Modifier in Rotary Casting Machine: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)). Krasnoyarsk, 2015, 162 p.
Tarasov F.E. et al. Zagotovitel’nye proizvodstva v mashino-stroenii – in Russ. (Procurement in Mechanical Engineering), 2023, No. 3, pp. 113–119.
Lupi S., Forzan M., Aliferov A.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 10, pp. 48–56.
Demidovich V.B., Timofeev V.N., Hatsayuk M.Yu. Elektri-chestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 4, c. 27–35.
Baake E. et al. MGD tehnologii v metallurgii. Intensivnyy kurs Spetsializatsiya IV (MHD Technologies in Metallurgy. Intensive Course Specialization IV). SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2013, 250 p.
Belyaev S.V. et al. Sovmeshchennye i kombinirovannye teh-nologii v liteynom proizvodstve (Joint and Combined Technologies in Foundry Production). Krasnoyarsk: SFU, 2022, 140 p.
Avdulov A.A. et al. Elektrometallurgiya – in Russ. (Electro-metallurgy), 2015, No. 2, pp. 25–31.
Hatsayuk M.Yu. et al. Metallurg – in Russ. (Metallurgist), 2023, No. 3, pp. 84–95.
Zhang H. et al. Experimental Evaluation of MHD Modelling of EMS during Continuous Casting. – Metallurgical and Materials Transactions B, 2022, No. 53, pp. 2166–2181, DOI: 10.1007/s11663-022-02516-3

