close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Гладышев Алексей Викторович. Повышение энергоэффективности и надежности работы ванн оцинкования

код для вставки
1
УДК 658.28: 621.365.5
АННОТАЦИЯ
Страниц – 139; рисунков – 48; таблиц – 20; формул – 51; источников – 119.
Ключевые
индукционный
слова:
нагрев,
ванна
горячего
примыкающий
оцинкования,
индуктор,
способы
нагрева,
программа
ELCUT,
электромагнитное поле, тепловое поле, оптимальное расстояние, равномерный
нагрев.
Выпускная квалификационная работа содержит введение, 4 раздела
основной части с выводами по каждому, общие выводы по работе и список
используемой литературы.
В выпускной квалификационной работе рассмотрены вопросы, связанные с
повышением эффективности и надежности работы ванн в линиях горячего
оцинкования. Изучены основные способы и устройства для нагрева ванн в линиях
нанесения горячих покрытий. Выявлены недостатки, возникающие при работе ванн
оцинкования, и рассмотрены возможные пути их устранения. Произведен анализ
существующих методов и программных продуктов для расчёта электромагнитных
и тепловых процессов, протекающих в системах индукционного нагрева.
Исследовано распределение основных параметров электромагнитного и теплового
полей в системе «примыкающий индуктор – стальной лист» для одностороннего и
двустороннего нагрева и найдено оптимальное расстояние между индукционными
нагревателями для обеспечения равномерного нагрева. Составлен тепловой баланс
установки горячего оцинкования и рассчитаны основные геометрические и
электрические параметры индукционной установки. Разработаны силовая и схема
управления нагревом ванны, а также произведён выбор элементов системы
управления. Выполнено технико - экономическое обоснование предлагаемого
технического решения.
2
UDC 658.28: 621.365.5
ANNOTATION
Pages - 139; figures - 48; tables - 20; formulas - 51; sources - 119.
Keywords: bath of hot dip galvanizing, methods of heating, induction heating, the
adjacent inductor, the program ELCUT, electromagnetic field, thermal field, the optimal
distance, uniform heating.
The final qualifying work contains an introduction, 4 sections of the main part with
conclusions for each, general conclusions and bibliography.
In the final qualification work were considered issues, related to improving the
efficiency and reliability of baths in hot-dip galvanizing lines. The main methods and
devices for heating the baths in hot coating lines have been studied. The shortcomings
that arise during the operation of galvanizing baths are identified and possible ways of
their elimination are considered. An analysis is made of existing methods and software
products for the calculation of electromagnetic and thermal processes occurring in
induction heating systems. The distribution of the main parameters of the electromagnetic
and thermal fields in the system "adjoining inductor - steel sheet" for single-sided and
double-sided heating has been found and the optimal distance between induction heaters
has been found to ensure uniform heating. The thermal balance of the hot-dip galvanizing
plant has been compiled and the main geometric and electrical parameters of the induction
plant have been calculated. The power and the control scheme for heating the bath have
been developed, as well as the selection of the elements of the control system. The
feasibility study of the proposed technical solution has been completed.
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
6
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ НАГРЕВА ВАНН ОЦИНКОВАНИЯ С
ЦЕЛЬЮ
ПОВЫШЕНИЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
И
НАДЕЖНОСТИ
РАБОТЫ УСТАНОВКИ
9
1.1 Описание существующих способов и устройств для нагрева ванн горячего
оцинкования
9
1.1.1 Пламенный способ нагрева
9
1.1.2 Электрический способ нагрева
16
1.2 Анализ эффективности работы линии непрерывного горячего оцинкования 23
1.2.1 Описание узлов и надежности работы агрегата горячего оцинкования
23
1.2.2 Возможные пути повышения эффективности и надежности работы ванн
оцинкования
29
1.2.3 Классификация систем и устройств индукционного нагрева
32
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
«ПРИМЫКАЮЩИЙ ИНДУКТОР – СТАЛЬНОЙ ЛИСТ»
37
2.1 Анализ методов расчёта электромагнитных и тепловых полей в системе
«примыкающий индуктор – стальной лист»
37
2.2 Анализ программных продуктов, используемых для расчёта электромагнитных
и тепловых полей в системе «примыкающий индуктор – стальной лист»
41
2.3 Математическое моделирование системы «примыкающий индуктор – стальной
лист» в программе ELCUT
45
2.3.1 Геометрическая модель системы «примыкающий индуктор – стальной
лист»
45
2.3.2 Исследование одностороннего нагрева плоской металлической пластины 49
2.3.3 Исследование двустороннего нагрева плоской металлической пластины
4
54
2.3.4 Поиск оптимального расстояния между индукционными нагревателями для
обеспечения равномерного нагрева
65
2.4 Физическое моделирование процесса индукционного нагрева стального
листа
68
3 РАСЧЁТ СИСТЕМЫ НАГРЕВА ВАННЫ ГОРЯЧЕГО ОЦИНКОВАНИЯ
72
3.1 Составление теплового баланса ванны горячего оцинкования
72
3.2 Расчёт съёмной индукционной единицы
86
3.2.1 Особенности расчёта системы «примыкающий индуктор – стальной лист» 86
3.2.2 Расчёт основных параметров системы «примыкающий индуктор - стальной
лист»
89
3.2.3 Расчёт теплоизоляционного материала дна ванны оцинкования
93
3.2.4 Моделирование процесса нагрева дна ванны оцинкования
95
4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ ВАННЫ ГОРЯЧЕГО
ОЦИНКОВАНИЯ
И
ПРОВЕДЕНИЕ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО
ОБОСНОВАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕШЕНИЯ
97
4.1 Рассмотрение существующих вариантов схем подключения примыкающих
индукторов к питающей сети промышленной частоты
97
4.2 Выбор технических средств системы управления.
99
4.3
Проектирование
принципиальной
электрической
схемы
установки
индукционного нагрева ванны оцинкования
107
4.4 Техника безопасности при эксплуатации индукционных нагревателей
112
4.5 Технико – экономическое обоснование замены пламенного способа нагрева
ванны оцинкования на индукционный
113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
124
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
127
5
ВВЕДЕНИЕ
Одним из приоритетных направлений политики энергетической отрасли
Российской Федерации, установленных в федеральном законе № 261 «Об
энергосбережении и энергетической эффективности» от 23.11. 2009 г., является
повышение эффективности использования источников топливно-энергетического
комплекса. К данному направлению относится разработка и внедрение
энергоэффективных
технологических
процессов,
а
также
модернизация
существующих систем.
На предприятии основными требованиями, предъявляемыми к установкам,
является надежность и энегоэффективность. В первую очередь это относится к
непрерывно работающим линиям, перерыв в работе которых приводит к
колоссальным затратам, выпуску бракованной продукции. К таким агрегатам
относятся
линии химической, стекольной, пищевой и
других
отраслей
промышленности.
В
отрасли
химической
промышленности
наиболее
энергоёмкими
установками являются линии нанесения гальванических покрытий, большая часть
из которых является непрерывно работающими агрегатами. Несмотря на
модернизацию производства данные установки имеют ряд нерешенных задач,
одной из которых является повышение эффективности и надежности работы ванн
«горячих» линий. Особое внимание следует уделить линиям горячего оцинкования.
Горячее оцинкование позволяет значительно увеличить срок службы
металлических изделий. Данные тип линий получил наибольшее распространение
ввиду ряда достоинств рассматриваемого способа нанесения защитных покрытий
по сравнению с другими [1]. При этом возникает большое количество проблем в
работе агрегата, особенно ванны оцинкования, к которым относятся прогар дна
ванны, повышенное образование гартцинка, неравномерное распределение
температурного поля по объему ванны и по глубине стенок и т.д. Все это негативно
сказывается на качестве выпускаемой продукции (ухудшается цвет покрытия,
прочностные качества, сцепление с покрываемым изделием и т.д.), а также на
6
надежности конструкции (происходит ускоренный процесс утончения стенок
ванны).
Поэтому разработка и внедрение технических решений, направленных на
модернизацию или изменение конструкции ванны и системы нагрева, позволит
достичь экономии энергетических ресурсов, увеличить стоимость и срок службы
изделий, а также уменьшить расход цинка.
Актуальность
подтверждается
темы
наличием
выпускной
проблем,
квалификационной
связанных
с
работы
надежностью
и
энергоэффективностью работы ванн в линиях нанесения горячих покрытий.
Цель работы: повышение энергоэффективности и надежности работы ванн
горячего оцинкования, а также увеличение их срока службы за счёт применения
системы индукционного нагрева с примыкающими индукторами.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Анализ существующих способов и устройств нагрева ванн в линиях
нанесения горячих покрытий, их достоинств и недостатков.
2. Анализ основных проблем, возникающих при эксплуатации ванн
оцинкования и путей их решения.
3. Анализ методов расчёта и программных продуктов для определения
характера распределения электромагнитного и теплового полей в системе
индукционного нагрева.
4. Исследование распределения основных параметров электромагнитного и
теплового полей в системе «примыкающий индуктор – стальной лист» при
одностороннем и двустороннем нагреве (при встречном и согласном включении
обмоток индукторов).
5. Определение оптимального размещения индукционных нагревателей для
обеспечения равномерного распределения температурного поля по объему
стальной ванны.
6. Расчёт оптимальной конструкции и основных энергетических параметров
съёмной индукционной единицы.
7
7. Проектирование системы управления процессом нагрева ванны горячего
оцинкования.
8. Проведение экономического обоснования предлагаемого технического
решения.
Объектом исследования является электротехнологический комплекс,
состоящий из ванны горячего оцинкования и нагревательных устройств.
Предметом исследования является распределение электромагнитных и
тепловых полей в системе «примыкающий индуктор – стальной лист».
Новизна
оптимальное
работы
заключается
размещение
в
примыкающих
создании
модели,
индукторов
определяющей
для
обеспечения
равномерного нагрева.
Практическая ценность работы заключается в разработке системы нагрева
ванны
горячего
оцинкования,
позволяющей
обеспечить
энергоэффективность работы стана горячего оцинкования.
8
надежность
и
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ НАГРЕВА ВАНН ОЦИНКОВАНИЯ
С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ
РАБОТЫ УСТАНОВКИ
1.1
Описание существующих способов и устройств для нагрева ванн горячего
оцинкования
Существующие способы нагрева металла в ваннах линий горячих покрытий
по характеру воздействия на нагреваемый объект можно разделить на две группы:
прямой и косвенный.
При
прямом
нагреве
нагревательный
элемент
непосредственно
взаимодействует с рабочей средой ванны. Основным достоинством данного типа
нагрева является высокое значение теплового КПД, недостатком – ускоренный
процесс образования гартцинка и быстрый выход из строя нагревательного
элемента из-за его взаимодействия с химически активной средой.
Косвенный способ нагрева ванн оцинкования условно можно разделить на
две группы: первого порядка и второго порядка. При косвенном способе нагрева
первого порядка происходит нагрев стенок или днища стальной ванны, а сама
рабочая среда набирает температуру за счет теплопередачи. Достоинство данного
способа – уменьшенное образование гартцинка, недостаток – большее значение
потерь и низкий тепловой КПД установки. При косвенном способе нагрева второго
порядка происходит нагрев сначала вспомогательного оборудования (или воздуха),
а потом за счет теплопередачи – стенок ванны. Данный способ нагрева имеет самое
низкое значение КПД, но при этом значительно увеличивается срок службы
стальной ванны.
Также существующие способы нагрева можно классифицировать по типу
используемого топлива или энергии на пламенный и электрический.
1.1.1 Пламенный способ нагрева
При первом способе нагрева в качестве горелочного может использоваться
мазутное, угольное или газовое топливо.
9
Горелки, работающие на мазутном и угольном топливе, в настоящее время
практически не применяются (исключение составляет только Китай и страны,
богатые запасами данного топлива [2]), что связано с рядом проблем, возникающих
при применении данных устройств (большое количество выбросов в окружающую
среду; сложность при достижении точности и равномерности распределения
температуры
из-за
невозможности
создания
системы
автоматического
регулирования температуры; высокое требование к качеству мазута или угля;
быстрое засорение горелочного сопла твёрдыми отходами; значительное снижение
срока службы ванн; высокое значение температуры сопла форсунки, что приводит
к увеличению рабочего пространства вокруг ванны и т.д.) [3].
Наибольшее распространение получили горелочные устройства с газовым
топливом, что обусловлено малой стоимостью и доступностью данного типа
топлива [4].
Известны следующие системы газового нагрева, используемые в линиях
горячего оцинкования:
1) Системы поверхностного и глубинного нагрева, отличающиеся высоким
значением теплового КПД (поскольку отвод тепла с поверхности цинка
наибольший, то туда должно быть и наибольшее поступление тепла).
К системам поверхностного и глубинного нагрева относятся системы
непосредственного нагрева, когда пламя горелки греет цинк напрямую, и
косвенный за счет теплопередачи. Предпочтительным является второй вариант
(несмотря на меньшее значение КПД), так как при нем возникает меньшее
количество гартцинка и как следствие увеличивается срок службы ванн и качество
выпускаемой продукции.
К системам глубинного нагрева можно отнести горелочные устройства
погружного
типа, которые в настоящее время получают всё большее
распространение, что связано с рядом преимуществ (высокий КПД, равномерность
нагрева расплава и т.д.). Одним из примеров погружных типов горелок,
применяемых для гальванических ванн, являются горелки немецкой фирмы
Kromschroeder [5 - 7]. Система газового нагрева состоит из керамической трубы
10
погружного типа, внутренней трубы для циркуляции и высокоскоростной горелки
с возможностью рекуперации. Керамическая трубка устойчива к химически
активной среде. Газ, предварительно нагретый до заданной температуры, подаётся
в зону сгорания. Основным элементом данной системы является внутренняя труба,
создающая условия для создания равномерного распределения температурного
поля, а также достижения заданной скорости теплопередачи. КПД таких устройств
составляет не менее 80 %.
Альтернативным вариантом является способ, при котором в ванну
погружается труба из свинца с запаянным концом [8]. В этой трубке располагается
тонкая трубка, по которой подается газ. Достоинством данного способа нагрева
является отсутствие горелки в рабочей зоне (это снижает требования к материалу
горелочного устройства, и как следствие его стоимость), однако КПД установки
уменьшается.
Рассмотрим наиболее распространённые установки поверхностного нагрева
ванн с применением горелочных устройств.
ОАО «ВНИИМТ» и ООО НПФ «Горелочный центр» была разработана
система нагрева ванны горячего оцинкования [9], приведённая ни рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема ванны горячего оцинкования с устройством нагрева:
1 – ванна оцинкования (вместе с футеровочным материалом); 2 – свод съемного
типа; 3 – патрубок для отвода продуктов сгорания; 4 – горелочные камни;
5 – механизм подъемной заслонки; 6 – заслонка из футеровочного материала;
7 – балка, охлаждаемая воздухом; 8 – перегородка из керамики; 9 – горелка типа
КВР-17
11
Ванна оцинкования делится на 2 секции. В первой секции установлены две
горелки, во второй – 3. Газ и воздух в горелочные сопла подается через коллекторы,
установленные в каждой зоне. На коллекторах установлены автоматические
регуляторы, позволяющие регулировать процентное соотношение подаваемого
газа и воздуха и тем самым влиять на процесс горения. Контроль температуры
производится автоматически с помощью термопар, установленных в рабочей зоне
печи. Также предусмотрен контроль заданного давления в камере. В качестве
горелочных устройств используются горелки типа КВР-17 или КВР-35 в
зависимости от требуемой мощности. В горелках данного типа происходит
перемешивание газа и воздуха (на выходе газ сгорает полностью). Сгорание
полученной смеси осуществляется на поверхности горелочных камней. Нагрев
загрузки (цинка) осуществляется с помощью рефлекторов, установленных на
нижней поверхности горелочных камней, за счет процесса излучения [10,11]. КВР17 и КВР-35 снабжены системой контроля наличия пламени и контроля розжига, а
также камерой воспламенения.
Экспериментальные исследования, проведенные на установке, позволили
выявить следующие недостатки [9]:
- малая производительность агрегата (при увеличении производительности
резко возрастает расход газового топлива и температура, что приводит к
увеличению испарения цинка, ухудшению качественных показателей расплава и
негативному влиянию на поверхность ванны оцинкования);
- повышенные требования к очистке поверхности ванны оцинкования от
образующихся окислов;
- неполное сгорание газового топлива в сопле из-за неоптимально
подобранных размеров сопла и формы внутренней поверхности горелочного
камня.
Известен также другие способы поверхностного нагрева, наибольшее
распространение из которых получил импульсный нагрев цинкового расплава [12].
При данном способе нагрева сжатый воздух и газообразное топливо поступают в
камеру смешивания в соответствующих пропорциях. На выходе из камеры
12
смешивания полученная смесь сжигается в камере сгорания. Полученный продукт
с температурой около 1500 0С поступает в герметизированную камеру нагрева,
установленную в плотную к поверхности ванны горячего оцинкования. При
достижении заданного значения давления в камере нагрева подача смеси воздуха и
газа в камеру сгорания прекращается, при достижении нижнего порогового
значения смесь снова начинает поступать в камеру. Отличительной чертой данной
нагревательной системы является импульсное нагнетание продуктов сгорания в
камеру нагрева при переменном давлении, что позволяет повысить равномерность
распределения температурного поля по объему ванны.
Другим техническим решением является применение гальванических ванн с
форкамерным способом нагрева [13]. Рассматриваемая система состоит из
технологического участка и нагревательного участка, выполненного в виде
форкамеры. На технологическом участке происходит транспортировка и покрытие
цинком стальной проволоки. Принцип работы форкамеры заключается в сжигании
газообразного топлива с недостатком воздуха, что приводит к уменьшению
процесса окисления. Продукты, образовавшиеся от неполного сгорания,
дожигаются под сводами вспомогательными соплами. Данное техническое
решение позволяет избежать остывания расплава в входной и выходной зоне ванне.
Устройство с применением форкамерного нагрева установлено на Череповецком
сталепрокатном заводе (рис. 1.2).
а)
13
б)
в)
Рисунок 1.2 – Эскизы ванны оцинкования с применением форкамерного нагрева:
1 – расплав цинка; 2 – футеровка; 3 – технологический участок; 4 – форкамера;
5 – своды форкамеры; 6 – горелки неполного цикла сжигания топлива; 7 – сопла
дожига неполного сгорания; 8 – промежуточные своды; 9 – канал дымоотводы;
10 – рекуператор; 11 – выступ продольного типа; 12 – перекрытие; 13 – кирпич
подвесного типа; 14 – загрузка (стальная проволока)
Другими вариантами поверхностного нагрева является продувка расплава
горячими газами, подаваемыми со скоростью, равной 1 – 2 скоростям света, и
температурой 2700 0С [14], а также применения горелочных устройств с соплами
конусного типа с углом раскрытия 10 – 12
0
, позволяющих обеспечить
эффективность процесса продувки и подогрева расплава, а также увеличить срок
службы горелки [15].
2) Системы бокового и донного нагрева ванн горячего оцинкования
Среди данного типа систем наибольшее распространение получили системы
с
горелочными
устройствами
плоскопламенного,
высокоскоростного
и
принудительно – циркуляционного типа, а также многогорелочные блоки.
Горелки плоскопламенного типа располагаются по боковым сторонам, а
также под дном нагреваемой стальной ванны [1,16]. К достоинствам данного типа
горелок можно отнести простую конструкцию, к недостаткам – ускоренное
утончение ванны в зоне нагрева (требуется применение большего количества
14
горелочных устройств с меньшей мощностью или косвенного нагрева); большие
тепловые потери и повышенная скорость образования изгари и гартцинка.
Высокоскоростные горелочные устройства располагаются в боковых зонах
нагреваемой ванны [1,17]. Достоинством данного способа нагрева является
уменьшение мощности горелок для нагрева того же объема цинка (вследствие
обеспечения высокой скорости омывания горячим воздухом стенок ванны). К
недостаткам
относятся
сложная
конструкция
горелочного
устройства
и
образование напряжения в углах ванны оцинкования, что может привести к
преждевременному разрушению конструкции.
Горелочные
располагаются
устройства
аналогично
принудительно
плоскопламенным
–
циркуляционного
[1,17,18].
Горячая
типа
смесь,
образовавшаяся в камере сгорания, под воздействием вентилятора нагнетания
попадает в полость канала, окружающего стенки нагреваемого объекта.
Достоинством данной системы является малое количество выбросом угарных
продуктов в окружающую среду, а также увеличение срока службы ванны.
Недостатком – очень сложная конструкция системы, а также необходимость
применения вспомогательных устройств (нагнетателей, теплообменников и т.д.).
Многогорелочные блоки являются одним из наиболее новых разработок в
области нагрева ванн оцинкования [1]. Блоки состоят из десятков тысяч
макрогорелочных элементов, расположенных друг от друга на определённом
расстоянии. Достоинством данной системы является обеспечение равномерного
нагрева поверхностного слоя ванны, простота системы и надежность работы
отдельных элементов (не засоряются золой). Недостаток – малая теплоотдающая
способность.
3) Системы комбинированного пламенного нагрева.
Среди прочих систем можно выделить системы с комбинированным
нагревом.
Одним
из
вариантов
такой
системы
является
применение
поверхностного и бокового способов нагрева [19]. При этом цинк, загруженный в
емкость ванны, нагревается сначала горелками, установленными в боковых зонах,
а спустя некоторое время включается поверхностный нагрев. По достижении
15
заданного температурного режима горелочные устройства, обеспечивающие
поверхностный нагрев, отключаются и демонтируются (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 – Схема ванны горячего оцинкования с устройством
комбинированного нагрева: 1 – ванна оцинкования (вместе с футеровочным
материалом); 2 – обогревательная камера; 3 – боковые горелочные устройства;
4 – горелки поверхностного нагрева; 5 – газопровод; 6 – воздухопровод
Достоинством данного способа является уменьшение времени доведения
цинка до рабочего состояния и увеличение срока службы ванны. Недостатком –
большие затраты на процесс нагрева, а также необходимость в приобретении
вспомогательного
оборудования,
обеспечивающего
установку
горелочных
устройств и подачу газа к горелкам поверхностного типа.
1.1.2 Электрический способ нагрева
Электрический способ нагрева можно разделить на нагрев сопротивлением и
индукционный [20]. Одним из достоинств данных способов нагрева по сравнению
с пламенным является уменьшения значения потребляемой мощности холостого
хода (значение мощности, затрачиваемой на процесс поддержания заданного
температурного диапазона расплава) [1,21].
16
1) Нагрев сопротивлением.
При нагреве сопротивлением (косвенный способ) в качестве нагревательных
элементов могут использоваться нихромовая проволока или сухие ТЭНы, по
которым протекает электрический ток по закону Джоуля - Ленца (рис. 1.4).
а)
б)
Рисунок 1.4 – Внешний вид нихромового нагревателя (а) и сухого ТЭНа (б)
Проволока собирается в линейные или зигзагообразные модули и
располагается по бокам стенок ванны оцинкования или под днищем. Нихромовые
спирали предназначены для работы в диапазоне температур до 1400
0
С.
Недостатком данного типа нагревателей является отгар спиралей, вызванный
перегревом на изгибаемых участках. Достоинством данного типа нагревателей по
сравнению с пламенным способом нагрева является пониженное образование
изгари и гартцинка, более точное регулирование и равномерное распределение
температуры (при оптимальном расположении нагревателей) и более высокий КПД
установки.
Рассмотрим наиболее распространённые установки электрического нагрева
ванны оцинкования с применением нихромовых нагревательных элементов.
Известны конструкции, в которых нагревательные элементы подвешиваются
к блочному футеровочному материалу крышки ванны оцинкования с помощью
жаропрочных стальных крючков (на каждый виток требуется по 2 крючка) [22].
Один блок должен нести на себе нагрузку не более, чем одного нагревателя.
Напряжение подается на токопроводяшие штыри, выведенные наружу через тело
блока (рис. 1.5).
17
Рисунок 1.5 – Внешний вид электрической ванны для плавки металла: 1 – каркас
ванны; 2 – футеровка; 3 – теплобетонные блоки; 4 – подвесные крючки;
5 – нагревательные элементы; 6 – токопроводящие штыри; 7 – рабочие окна
Недостатком данной конструкции является наличие неплотностей и
отверстий в блоках, что приводит к их преждевременному выходу из строя, а также
к дополнительным потерям.
Указанные недостатки были частично устранены в работе [23]. В данном
устройстве на съёмных панелях крепятся скобы с намотанными на них
нагревательными элементами. Скобы имеют возможность перемещения по
вертикальной оси. Также в конструкции предусмотрена регулировка высоты
поднятия скоб над уровнем расплава (рис. 1.6).
Рисунок 1.6 – Внешний вид электрической печи для плавления металла:
1 – каркас печи; 2 – огнеупорная футеровка; 3 – съёмные футеровочные панели;
4 – подвесные скобы; 5 – нагревательные элементы; 6 – жаропрочные
легковесные покрытия скоб; 7 – отверстия для регулировки высоты подвеса;
8 – крепёжные штифты; 9 – токопроводящие штыри; 10 – рабочие окна
18
Данная конструкция позволяет избежать отгара нагревателей в местах
контакта со штыревыми элементами. Недостатком рассмотренной системы
является низкая удельная мощность излучения и низкая скорость нагрева.
Выявленные недостатки могут быть устранены при замене нихромовых
нагревателей на высокотемпературные галогенные лампы трубчатого типа [24].
Данные нагревательные элементы большим сроком службы и высокой удельной
мощностью,
отличаются
простой
конструкцией
и
экономичностью.
Отражательные элементы позволяют сконцентрировать излучение, создаваемое
лампами, на поверхности расплавляемого металла.
Известно другое техническое решение [25], основанное на применении
струйного нагрева. Нагнетательная система подаёт воздух в камеру нагрева (нагрев
осуществляется электрическими нагревателями). Попав в подающую трубу
теплоносителя, горячий воздух поступает к подающим насадкам, с помощью
которых осуществляется нагрев металла.
Особенностью конструкции является то, что нагрев воздуха осуществляется
при его прохождении (обтекании) через макрошероховатости электрических
нагревателей.
Нихромовые нагреватели могут быть заменены сухими ТЭНами, имеющими
возможность длительной работы в химически активной жидкой среде. ТЭНы,
предназначенные для работы в жидких средах, помещаются в расплав цинка в
специальных металлических колбах, запаянных с одной стороны [26].
Известны системы с глубинным нагревом, в которых в ванне оцинкования по
боковым стенам просверливают отверстия для колб. В колбу, приваренную к ванне
оцинкования, помещают сухой ТЭН. Это позволяет защитить нагреватель от
химически активной рабочей среды.
Недостатком такой конструкции является возможность перегрева и
образования напряжений в местах сварки колб, что приводит к образованию
трещин и выходу из строя ванны горячего оцинкования (рис. 1.7).
19
Рисунок 1.7 – Внешний вид ванны для глубинного нагрева цинка сухими ТЭНами
2) Индукционный способ нагрева.
Альтернативным вариантом рассмотренных ранее методов является
применение индукционного нагрева, позволяющего получить равномерное, без
локальных перегревов, температурное поле по объему нагреваемой ванны;
оптимальный расход подводимой энергии (наименьшее количество потерь);
наименьший перепад температуры по глубине ванны; пониженные образование
гартцинка и износ стенок ванны (срок службы ванны возрастает до 7 – 8 лет).
При индукционном нагреве основные источники электромагнитного и
теплового полей концентрируются непосредственно в нагреваемом каркасе ванны,
что минимизирует потери и повышает общий КПД установки.
Наиболее распространены системы бокового и донного индукционного
обогрева ванн горячего оцинкования, позволяющие избежать нежелательных
взмучивания и циркуляции гартцинка по рабочей зоне ванны.
Рассмотрим наиболее распространённые установки индукционного нагрева
ванн линий гальванических покрытий.
Наибольшее распространение получил индукционный нагрев по системе
«Индукаль», основанный на способе, применяемом при нагреве индукционной
тигельной печи [27]. В данной нагревательной системе загрузка (ванна горячего
оцинкования) окружается медной катушкой, залитой бетоном. Между слоем бетона
и стенкой ванны закладывают теплоизоляционную вату (рис. 1.8).
20
Рисунок 1.8 – Ванна оцинкования с индукционный способом нагрева: 1 – вата
шлакового типа; 2 – стальная ванна; 3 – расплав цинка; 4 – индуктор;
5 – бетонный массив; 6 – бетонный цоколь; 7 – фундамент
Достоинством данной конструкции является обеспечение равномерного
нагрева и увеличение срока службы ванны оцинкования. Недостатком – большой
расход проводящего материала (меди), полная остановка стана при выходе
индуктора из строя и сложность замены (требуется демонтаж большей части
конструкции), а также низкий коэффициент мощности установки.
Известно другое техническое решение [28], обеспечивающее импульсно –
фазовое управление мощностью индукционного нагревателя с помощью
колебательного контура, подключенного через тиристорный ключ. Данная система
позволяет оптимизировать использование мощности нагревателя, но не позволяет
решить остальных проблем.
Известны также и другие конструкции систем индукционного нагрева [29,
30], в которых рабочая зона ванны делится на 2 части. В зависимости от
конструкции каждая из ванн может быть снабжена отдельным плавильным
каналом, входящим в общую магнитную цепь, либо иметь общий плавильный
канал. Магнитопровод крепится к станине печи через медные прокладки,
позволяющие
уменьшить
утечки
тока.
В
качестве
первичной
обмотки
используются 2 катушки, в качестве вторичной – каналы для плавления металла.
Регулировка температуры осуществляется вручную за счет регулирования
магнитного потока системы с помощью шунта, передвигающегося на салазках. Для
21
обеспечения лучшей циркуляции расплавленного цинка каналы выполняют с
изменяющимся сечением. Данные системы отличаются повышенной сложностью
при проектировании, а также регулировании магнитного потока с целью
достижения заданной температуры.
Известны системы индукционного нагрева со сдвоенными нагревательными
элементами
[31].
магнитопроводов.
Индукторы
Подключение
находятся
на
к
непосредственное
сети
–
сердечниках
отдельных
или
через
фазосдвигающее устройство (рис. 1.9).
а)
б)
Рисунок 1.9 – Схема подключения (а) и схема протекания вихревых потоков (б) в
системе сдвоенного нагрева: 1 – индуктор; 2 – магнитопровод;
3 – фазосдвигающее устройство; 4 – коммутирующий элемент; 5, 6 – боковые и
центральный канал; 7, 8 – гидродинамические вихри; 9 – ванна оцинкования
При
включении
индукторов
в
канальных
устьях
образуются
гидродинамические вихри, создающие движение расплава из боковых карманов
ванны оцинкования в основной. С целью эффективности движения потоков
расплава сдвиг фаз между магнитными потоками не должен превышать 90 0.
Максимальное вихревые потоки наблюдаются при подключении к одной фазе.
Все рассмотренные конструкции установок индукционного нагрева имеют
ряд недостатков, связанных со сложностью конструкции, большим количеством
материала, затрачиваемого на установку; сложностью управления, а также
надежностью работы (при выходе индуктора из строя установка останавливается).
22
Вместе с тем индукционный нагрев позволяет достичь равномерного
распределения температур по объему нагреваемого цинка; значительно уменьшить
образование гартцинка и изгари; обеспечить минимальный перепад температуры
по глубине нагреваемой ванны, увеличить срок службы ванны оцинкования. Кроме
того, индукционные системы являются одними из самых надежных (средний срок
службы индуктора составляет 40 лет).
1.2
Анализ эффективности работы линии непрерывного горячего оцинкования
1.2.1 Описание узлов и надежности работы агрегата горячего оцинкования
Линии горячего оцинкования получили широкое распространение в России
и за рубежом, что связано с рядом преимуществ данного способа нанесения
цинкованных покрытий (надежное сцепление расплава с покрываемой поверхность
изделия; высокая стойкость к воздействиям химически активных сред, а также
жидкостей и газов; способность к самовосстановлению при небольших
повреждениях и т.д.).
Среди существующих агрегатов горячего цинкования особое внимание надо
уделить линиям непрерывного оцинкования. Данные линии являются наиболее
энергоёмкими, остановка которых приводит к значительным денежным потерям и
недоотпуску готовой продукции.
Одна из линий непрерывного горячего оцинкования установлена на
Орловском филиале завода ОАО «Северсталь – метиз» на цинковальном участке.
Рассматриваемый
агрегат
позволяет
выпускать
оцинкованную
проволоку
различных диаметров: 2,5 – 2,8; 2,21 – 2,49; 1,6 – 2,2; 0,8 – 1,59 мм. В 2000 году стан
был модернизирован (изменена намоточная система) [21].
Тем не менее, агрегат имеет ряд нерешенных проблем, одной из которых
является устойчивость и стабильность работы отдельных составляющих.
Линию непрерывного горячего оцинкования можно разделить на несколько
участков: размоточный стан, подготовительный участок, участок травления,
участок оцинкования и намоточный стан (рис. 1.10).
23
Рисунок 1.10 – Технологическая схема линии непрерывного оцинкования
стальной проволоки: 1 – размоточный агрегат; 2 – направляющий валок,
устройство предварительного нагрева; 3 – ванна обезжиривания; 4 – ванна
отжига; 5 – ванна охлаждения; 6 – ванна травления; 7 – ванна промывки;
8 – участок сушки; 9 – ванна оцинкования; 10 – ванна охлаждения; 11 – участок
омыления; 12 – намоточный агрегат
Наиболее энергоемкими участками являются секции 3, 4, 6, 9, где высокое
потребление природного газа, а также секция 12, где установлены асинхронные
двигатели [32].
Согласно техническим характеристикам [21] энергопотребление газовых
горелок, используемых для нагрева цинка, составляет 2010 МДж при максимальном
ч
расходе газа 60
м3
.
ч
Линия работает следующим образом: включаются горелочные устройства
узлов 3, 4, 6 и 9. Нагрев узлов 3, 4 и 9 осуществляется 3 горелками, узла 6 – одной.
Две горелки расположены у первого края ванны и одна посередине, что позволяет
добиться большего нагрева в первых двух зонах ванны, а также уменьшить износ
дна ванны. По достижении заданного значения температуры производится
установка мотков с неоцинкованной проволокой на размоточный агрегат. После
размещения
мотков
производится
включение
остальных
исполнительных
механизмов линии. Контроль температуры в ваннах осуществляется с помощью
24
термопар, контроль уровня и загрязнённости ванны – вручную. Оцинкованная
проволока сматывается в розетты на намоточном агрегате. Скорость вращения
приводов задается с помощью преобразователей частоты.
Рассмотрим основные проблемы, возникающие при работе линии горячего
оцинкования.
Анализ надежности работы оцинковального стана проводится по двум
составляющим: механической надежности приводов, двигателей и прочих узлов, и
электрической надежности как непосредственно электропривода и системы
управления намоткой, так и сети электроснабжения предприятия на всех уровнях.
Кратко перечислим основные неисправности, возникающие при работе узлов
линии оцинкования:
1) Узел 1 (рис. 1.10, поз. 1):
- разрушение шарикового подшипника подвижного элемента. Происходит не
чаще 1 - 2 раз в год. Время возврата звена в работу – не более 30 минут.
Производится замена при планово – предупредительном ремонте.
- ошибка оператора при замене израсходованной бобины на новую. Данное
событие происходит не чаще 10 – 15 раз в год. Простой не превышает 1 часа.
К недостаткам данного узла можно также отнести отсутствие датчиков
контроля наличия проволоки и приводов на размоточном агрегате, применение
которых позволит снизить нагрузку на проволоку при ее тяжении.
2) Узел 2 (рис. 1.10, поз. 2) состоит из двух элементов: валка, направляющего
проволоку, и нагревательного устройства. Сбои в работе первого элемента не
зарегистрированы. При проведении ППР производится замена валка.
Неисправности при работе нагревательного устройства:
- выход из строя вентилятора нагнетания горячего воздуха;
- отсутствие питающего напряжения.
Недостатком данного элемента является его полная зависимость от работы
системы нагрева ванн линии.
3) Узел 3, 4 (рис. 1.10, поз. 3, 4) состоит из ванн обезжиривания и отжига. К
основным неисправностям, возникающим при работе данных элементов относятся:
25
- прогар дна ванны, что приводит к полной остановке стана (не более одного
раза в год);
- выход из строя горелочного устройства вследствие засорения рабочего
сопла (не более 0,5 раз в год);
- выход из строя электрического привода заслонки, что приводит к созданию
избыточного давления газа в системе и взрыву (зависит от подающего питания
механизма заслонки);
- остановка дымоудаляющего вентилятора, приводящая к концентрации
вредных веществ в цеху (случаи не зафискированы);
- человеческий фактор, связанный с несвоевременным контролем за уровнем
расплава, а также образованием изгари и гартцинка (не более 1 - 2 раз в год).
4) Узел 5 (рис. 1.10, поз. 5):
- поломка насоса циклической подачи оборотной воды (случаи не
зафиксированы);
- отсутствие питающего напряжения.
5) Узел 6 (рис. 1.10, поз. 6):
- выход из строя насоса подачи кислоты (случаи не зафиксированы, есть
система резервной подачи);
- выход из строя горелочного устройства вследствие засорения рабочего
сопла (случаи не зафиксированы);
- выход из строя электрического привода заслонки (зависит от подающего
питания механизма заслонки);
-
человеческий
фактор,
связанный
с
несвоевременным
контролем
химического состава кислоты (не более 1 - 2 раз в год).
6) Узел 7 (рис 1.10, поз. 7):
- выход из строя вентилятора обдува (случаи не зафиксированы);
- выход из строя насоса циклической подачи оборотной воды (случаи не
зафиксированы);
- отсутствие питающего напряжения.
26
7) Узел 8 (рис 1.10, поз. 8):
- выход из строя вентилятора нагнетания горячего дымового газа;
- отсутствие питающего напряжения.
Недостатком данного элемента является его полная зависимость от работы
системы нагрева ванн линии.
8) Узел 9 (рис. 1.10, поз. 9):
- прогар дна ванны, что приводит к полной остановке стана (не более одного
раза в год);
- выход из строя горелочного устройства вследствие засорения рабочего
сопла (не более 0,5 раз в год);
- выход из строя электрического привода заслонки, что приводит к созданию
избыточного давления газа в системе и взрыву (зависит от подающего питания
механизма заслонки);
- остановка вентилятора приточно-вытяжной вентиляции, приводящая к
концентрации вредных веществ в цеху (случаи не зафиксированы);
- человеческий фактор, связанный с несвоевременным контролем за уровнем
расплава, а также образованием изгари и гартцинка (не более 1 - 2 раз в год).
9) Узел 10 (рис. 1.10, поз. 10):
- поломка насоса циклической подачи оборотной воды (случаи не
зафиксированы);
- отсутствие питающего напряжения.
10) Узел 11 (рис. 1.10, поз 11):
- поломка насоса циклической подачи оборотной воды (случаи не
зафиксированы);
- поломка установки нанесения воскового покрытия воды (случаи не
зафиксированы);
- отсутствие питающего напряжения.
11) Узел 12 (рис. 1.10. поз. 12):
- механическое повреждение узла намоточного агрегата (случаи не
зафиксированы);
27
- нарушение требуемой скорости протягивания проволоки (не более 1-2 раз в
год);
- нарушение синхронного вращения двигателей намоточного агрегата (не
более 5 раз в год);
- выход из строя частотного преобразователя регулирования скорости
тяжения (случаи не зафиксированы);
- выход из строя микроконтроллера, приводящее к полной остановке стана
(случаи не зафиксированы);
- человеческий фактор, связанный с некорректным заданием скорости (не
более 5 раз в год).
Произведём классификацию всех возможных причин выхода из строя
отдельного узла. Наиболее редкие причины выхода из строя или те, которые
устраняются при ППР или ТО (техническом обслуживании) и не влияют на процесс
в целом, исключим из статической выборки. Остальные причины сбоев разделим
по категориям и сведем в таблицу. Причины выхода из строя узла, ведущие к
полной остановке стана или создающие опасность для жизни людей, оцениваются
как наиболее значимые и обозначаются знаком *.
Разделение причин выхода из строя элементов оцинковального стана по
категориям:
I категория – выход из строя узлов из-за механических повреждений;
II категория – выход из строя узлов из-за перерывов в электроснабжении или
некачественном электроснабжении;
III категория – человеческий фактор;
IV категория – остальные причины (снижение тяги в газовых горелках,
прогар дна ванны и т.д.).
Категорийное разбиение неисправностей линии горячего оцинкования
приведено в таблице 1.1.
28
Таблица 1.1 – Разбиение неисправностей, возникающих при работе линии
оцинкования, по категориям
№ узла
Категория
1
I
III
-
2
II
-
3
4
II* II*
III III
IV* IV*
5
II
-
6
II*
III
IV*
7
II
-
8
II
-
9
II*
III
IV*
10
II
-
11
II
-
12
I
II*
III
-
Как видно из таблицы 1.1, соотношение при разбиении по категориям
следующее: I категория – 2, II категория – 11, III категория – 6; IV категория – 4.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что выход из
строя узлов 3, 4, 6, 9 и 12 может привести к выпуску бракованной проволоки,
полной остановке стана оцинкования или человеческим жертвам.
1.2.2 Возможные пути повышения эффективности и надежности работы ванн
оцинкования
Из анализа надежности работы линии оцинкования видно, что ванна горячего
оцинкования является одним из наиболее проблемных узлов, неполадки в работе
которого могут привести к выпуск бракованной продукции или полной остановке
стана.
Перед анализом возможных путей повышения эффективности и надежности
работы стана требуется изучить основные требования, предъявляемые к рабочему
режиму ванны горячего оцинкования [33,34].
К основному требованию, предъявляемому к ванне оцинкования является
соблюдение строгого температурного диапазона расплава (450 – 460 0С). Данное
требование обусловлено тем, что при соблюдении температурного диапазона
цинковое покрытие имеет плотную, однородную и хорошо сцепленную с
защищаемым изделием структуру. При падении значения температуры ниже 440
0
С происходит уменьшение вязкости расплава, а также возрастает расход цинка на
покрытие деталей. При возрастании температуры до 480 0С и выше происходит
резкое возрастание угара цинка и увеличивается скорость разрушения ванны.
29
К другим требованиям, предъявляемым к ванне горячего оцинкования можно
отнести:
- пониженное образование гартцинка и изгари, приводящее к ускоренному
процессу разрушения ванны, а также к ухудшению прочностных свойств
покрытий;
- обеспечение минимального перепада температуры между наружной и
внутренней стенками ванны, а также по объему ванны, что может привести к
перегреву отдельных частей ванны, а также образованию остаточных напряжений
в стенках ванны;
- безынерционность подачи тепла в ванну оцинкования с целью
предотвращения взмучивания гартцинка;
- обеспечение режима, при котором нагревательные устройства оказывают
минимальное отрицательное влияние на ванну оцинкования;
- минимизация тепловых потерь, идущих в окружающую среду, и
оптимизация режима работы установки;
- повышение условий труда обслуживающего персонала;
- повышение пожаро – и взрывобезопасности.
Известно
множество
вариантов
различных
технических
решений,
направленных на повышение эффективности и надежности работы ванн горячего
оцинкования. Все существующие технические решения условно можно разделить
на 3 группы: решения, направленные на улучшение конструкции ванны; решения,
направленные на модернизацию системы нагрева, и комбинированные решения.
1) улучшение конструкции ванны оцинкования
Известны следующие технические решения:
- металлический корпус ванны выполняется в виде ёмкости; футеровки,
установленной параллельно боковым стенкам ванны с зазорами для повышения
срока службы ванны и стойками [35]. Данная конструкция позволяет увеличить
срок службы ванны оцинкования до трёх лет;
- корпус ванны выполнен с вертикальными стенками разной величины и
криволинейным днищем с радиусом кривизны, равным наибольшей ширине
30
рабочей зоны ванны [36]. При этом срок службы ванны возрастает до трех – пяти
лет;
- корпус ванны выполняется двойным: внутренний корпус устанавливается
во внешний корпус, заполняемый инертным к материалу ванны защитным
расплавом [37].
Данные технические решения позволяют увеличить срок службы ванны, но
при этом не решают остальных проблем.
2) модернизация системы нагрева
Наибольшее распространение получила модернизация систем нагрева путем
замены исходных элементов на высокоскоростные нагревательные системы.
В работе [38] описано продление срока службы ванны за счёт применения
торцевого высокоскоростного нагрева, позволяющего снизить износ ванны
оцинкования (срок службы ванны при рассмотренном варианте 5 - 6 лет);
обеспечить равномерность нагрева; значительно сократить потери, а также
образования гартцинка; обеспечить минимальное образование угарного газа.
Однако рассмотренная система требует большого расхода газового топлива.
Данная проблема была частично устранена в работе [39] при помощи
применения высокоскоростных импульсных системы нагрева. Данная система
позволяет минимизировать расход газа за счёт уменьшения тепловых потерь.
Вместе с тем рассмотренные системы отличаются сложностью и требуют
применения дополнительных устройств.
Увеличения срока службы ванны можно также допиться путем применения
барботажа (пропускания газа) цинка [1]. Это позволить ускорить процесс
коагуляции и оседания гартцинка, а также восстановить частички оксида цинка в
расплаве. Газ, применяемый для барботажа цинка, должен быть нейтральным по
отношению к расплаву (например, азот).
Рассмотренные
мероприятия
не
позволяют
решить
все
проблемы,
возникающие при эксплуатации ванны оцинкования.
Одним из возможных путей повышения эффективности и надежности работы
ванны горячего оцинкования является применение индукционных нагревательных
31
устройств с небольшими габаритными размерами. Индукционные нагревательные
устройства имеют целый ряд преимуществ, к которым относятся высокая скорость
процесса
нагрева,
малые
энергозатраты,
оптимизация
процесса
нагрева,
обеспечение равномерного температурного поля, легкость автоматизации и
регулировки процесса нагрева, пониженное образование гартцинка, увеличение
срока службы ванны до 7 – 8 лет, повышенная пожаро- и взрывобезопасность,
повышение санитарно – гигиенических условий труда обслуживающего персонала,
встраиваемость в любые технологические процессы.
Таким образом, можно сделать вывод, что индукционный нагрев является
более предпочтительным для установок горячего оцинкования.
Для
выбора
типа
индуктора
необходимо
изучить
существующие
индукционные нагреватели.
1.2.3 Классификация систем и устройств индукционного нагрева
В настоящее время существует большое количество классификаций систем
«индуктор – загрузка». Вайнбергом А.М. и Альтгаузеном А.П. была предложена
классификация, учитывающая единообразие методов расчёта параметров системы
[40]. Согласно данной классификации можно выделить 5 видов систем:
1) системы индукционного нагрева с магнитопроводом;
2) системы индукционного нагрева без магнитопровода;
3) системы косвенного нагрева (применяется промежуточное устройство для
нагрева);
4) системы индукционно – резистивного нагрева;
5) системы индукционно-плазменного нагрева.
Известна классификация систем «индуктор – загрузка» по следующим
признакам [41]:
1) индукционные устройства с магнитопроводами;
2) устройства без магнитопроводов;
3) устройства, у которых индуктирующий провод окружен нагреваемым
изделием.
32
Однако данная классификация является обобщенной и не учитывает многих
факторов.
Профессором
Кувалдиным
А.Б.
была
предложена
укрупнённая
классификация систем «индуктор – загрузка», согласно которой можно выделить
пять типов [33]:
1) индуктор
соленоидального
типа,
охватывающий
цилиндрическую
загрузку;
2) индуктор соленоидального типа, помещенный внутрь загрузки;
3) плоский индуктор – плоская загрузка;
4) стержневой индуктор, расположенный в пазах загрузки;
5) системы, использующие концентраторы (магнитопроводы).
Далее каждую группу уточнённо можно классифицировать по следующим
признакам:
- признаки, относящиеся к параметрам создаваемого электромагнитного поля
(значение частоты питающего напряжения, уровень напряженности магнитного
поля, наличие или отсутствие концентраторов или экранов и т.д.);
-
признаки,
относящиеся
к
индуктору
(конфигурация
индуктора,
коэффициент заполнения обмотки; форма сечения индуктирующего провода,
число слоев обмотки, наличие или отсутствие охлаждения обмотки, тип
охлаждения т.д.);
- признаки, относящиеся к загрузке (конфигурация загрузки, расположение
относительно индуктора; монолитность, однородность свойств материала и т.д.).
В 1976 г. Кувалдиным А.Б. была предложена уточнённая классификация для
систем индукционного нагрева с магнитопроводом, представленная на рисунке
1.11 [33,42].
Применение
магнитопровода
позволяет
сконцентрировать
источники
электромагнитного поля в определённой зоне, а также улучшить энергетические
показатели установки.
33
Рисунок 1.11 – Схемы индукционных нагревательных устройств с
магнитопроводами: 1 – индуктор; 2 – магнитопровод; 3 – нагреваемое изделие;
4 – отъемное ярмо
Для нагрева колец с малым отношением высоты к диаметру используется
индукционное нагревательное устройство с замкнутым магнитопроводом (рис.
1.11, а). Для нагрева стальных лент применяется индуктор с С – образным
магнитопроводом (рис. 1.11, б), магнитное поле которого перпендикулярно
нагреваемой поверхности. Для нагрева небольших стальных изделий или участков
с плоской, а также криволинейной поверхностью целесообразно использовать
индукционное устройство с П – образным магнитопроводом (рис. 1.11, в). Для
нагрева больших плоских поверхностей применяется индуктор в виде плоской
спирали с магнитопроводом (рис. 1.11, г). Индукционные устройства с
магнитопроводами небольшой длины целесообразно использовать при нагреве
цилиндрических поверхностей (рис. 1.11, д).
Профессор Качанов А.Н. в 1988 г. предложил следующую классификацию
систем с разомкнутым магнитопроводом [43]:
1) индуктор с С – образным магнитопроводом;
2) индуктор с П – образным магнитопроводом;
34
3) индуктор с Ш – образным магнитопроводом для нагрева в бегущем
магнитном поле.
Существует 4 варианта размещения П – образных (примыкающих)
индукторов относительно нагреваемого объекта [44], приведенные на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 – Варианты размещения примыкающих индукторов относительно
поверхности плоского нагреваемого металлического объекта: а – односторонний
нагрев; б – двусторонний нагрев согласно текущими вихревыми токами;
в – двусторонний нагрев встречно текущими вихревыми токами, г – двусторонний
нагрев при горизонтальном смещении индукторов
Известно, что применение систем с П – образным магнитопроводом
позволяет повысить коэффициент мощности системы на 10 – 19 % и электрический
КПД на 7 – 8 % [33]. Вместе с тем отсутствуют численные методики расчёта данных
систем, поэтому требуется дополнительное изучение примыкающих индукторов.
Анализ существующих индукционных нагревательных устройств позволяет
сделать вывод, что для ванн горячего оцинкования наиболее оптимальным будет
применение индукторов с магнитопроводом П – образного типа.
Выводы по разделу:
1) произведён анализ существующих устройств и способов нагрева ванн
линий гальванических покрытий, выявлены их достоинства и недостатки;
35
2) проведенное исследование линии горячего оцинкования позволило
определить, что менее надежным с точки зрения работоспособности узлом
является ванна оцинкования;
3) определены основные требования, предъявляемые к рабочему режиму
ванны горячего оцинкования;
4) с учётом предъявляемых требований были рассмотрены основные пути
решения данной задачи и установлено, что наиболее оптимальным является замена
газового способа нагрева на индукционный с применением индукционных
нагревателей с небольшими габаритными размером;
5) при
рассмотрении
существующих
классификаций
и
устройств
индукционного нагрева было определено, что наиболее оптимальным для ванн
горячего оцинкования является применение примыкающих индукторов с П –
образным магнитопроводом;
6) для обеспечения равномерного распределения температурного поля по
объему ванны требуется изучение электромагнитных и тепловых процессов,
протекающих в системе «примыкающий индуктор – стальной лист».
36
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
«ПРИМЫКАЮЩИЙ ИНДУКТОР – СТАЛЬНОЙ ЛИСТ»
2.1 Анализ методов расчёта электромагнитных и тепловых полей в системе
«примыкающий индуктор – стальной лист»
Работа любой индукционной установки основывается на электромагнитных,
термодинамических и механических явлениях, протекающих в системе [33, 40, 45
– 48]. По распределению электрических и магнитных полей, а также их
совокупности и их изменению во времени и пространстве можно определить
дифференциальные и интегральные показатели и характеристики систем в разных
режимах работы. Анализ термодинамических явлений позволяет определить
температурное распределение поля, равномерность, скорость и режимы работы
установки. По распределению механических нагрузок и напряжений в исследуемой
системе можно судить о механической прочности и стабильности работы
установки, а также о влиянии на свойства материалов.
Все электромагнитные явления, протекающие в системе «примыкающий
индуктор – стальной лист» можно описать системой уравнений Максвелла в
частных производных [33, 49 – 50]:
dB 
d 

rot H  J  ,
div B  0 

div D   
rot E  
(2.1)
где E и H – напряженности электрического и магнитного полей,
D и В – индукции электрического и магнитного полей,
А
;
м2
ρ – удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
J – плотность тока проводимости,
τ – время, с.
37
В А
и ;
м м
Кл
; и Тл;
м2
Система уравнений (2.1) дополняется уравнениями связи [49]:
B  a  H; D  a  E; J   E,
(2.2)
где µа и εа – абсолютные магнитная и диэлектрическая проницаемости;
σ – удельная электрическая проводимость, См .
м
При расчёте взаимосвязанных процессов, протекающих при индукционном
нагреве, к системе уравнений (2.1) – (2.4) добавляется уравнение Фурье [48, 50]:
c(t)  (t) 
t
 div  (t)  grad t   c(t)  (t)  v  grad t  div E  H ,

(2.3)
где t – температура в момент времени τ, 0C;
с – теплоемкость материала,
γ – плотность материала,
Дж
;
0
С
кг
;
м3
λ – теплопроводность материала,
Вт
;
м 0 С
м
.
с
Процесс теплопередачи в металлической пластине (загрузке) может быть
v – скорость,
описан уравнением [50, 51]:
c
t
     t   Q,

где Q – количество теплоты, выделенное в нагреваемом объекте,
(2.4)
Дж
.
кг 0 С
Количество теплоты dQ, выделенное в единице объема dv за время dτ может
быть определено по следующим выражениям:
dQ  c    dv  dt;
(2.5)
 2t 2t 2t 
dQ     2  2  2   dv  d  w  dv  d,
y z 
 x
(2.6)
где w – удельная мощность тепловых источников.
38
Приравнивая правые части уравнений (2.5) – (2.6) и производя упрощения,
можно получить следующую зависимость:
 2t 2t 2t 
c    dt  a   2  2  2   d  w  d,
y z 
 x
где а – коэффициент температуропроводности,
(2.7)
м2
.
0
С
Аналитически решить систему уравнений (2.1) – (2.3) зачастую не
представляется возможным ввиду ряда причин, связанных с нелинейными
характеристиками свойств материалов, сложностью геометрической конструкции
систем, а также воздействием ряда других факторов. Для решения данного рода
задач были разработаны разнообразные методы расчёта различных типов полей.
Их можно разделить на три группы: экспериментальные, графические и
математические (аналитические и численные).
Экспериментальные
методы
моделирования
(метод
потенциалов
и
напряженности поля, метод электролитических ванн, метод проводящих листов и
другие) несмотря на наглядность не получили широкого распространения, так как
требуют создания моделей конкретных устройств с учётом изменяющихся свойств
материалов [52 – 54].
Графические методы расчёта (метод ожидаемых путей, метод картин
плоскопараллельного поля) не сложны в своем применении, но отличаются
большой трудоемкостью, поэтому также не нашли широкого применения.
Несмотря на наглядность данных способов расчёта, они требуют создания моделей
конкретных устройств с учётом изменения свойств материалов, а следовательно
больших затрат, поэтому данные методы не получили широкого распространения
[52, 55].
Применение
аналитических
методов
расчёта
(методы
изображений,
разделения переменных, комформных преобразований и др.) для индукционных
нагревательных устройств затруднено сложностью геометрических параметров
проектируемых систем (наличие обмотки, магнитопровода из листов шихтованной
39
стали и т.д.), а также нелинейностью свойств материалов и ряда других причин [55
– 57].
Численные методы расчёта (методы конечных элементов, конечных
разностей, граничных элементов, сеток, вторичных источников и т.д.) являются
наиболее распространёнными для расчёта индукционных установок. Данные
методы расчёта основываются на дискретизации (воспроизведении расчётной
области в виде набора элементарных частиц). Остановимся более подробно на
численных методах расчёта.
Метод конечных элементов является одним из самых распространённых
методов для расчёта электромагнитных и тепловых полей в системах
индукционного нагрева [58 – 60]. Суть метода заключается в разбиении расчётной
области на определённое число подобластей (конечных элементов). Внутри каждой
подобласти
искомая
функция
аппроксимируется
полиномом
с
числом
коэффициентов равным числу узлов данного элемента. Искомая глобальная
функция складывается по частям из функций каждой подобласти и должна
удовлетворять соответствующей системе уравнений в частных производных,
учитывая граничные условия, а также свойства непрерывности. Конечные
элементы, участвующие в дискретизации, разделяются по топологическим
семействам: линии (сегменты), поверхности (треугольники, четырехугольники) и
объемные фигуры (тетраэдры, призмы, гексаэдры). Каждую из этих групп в
зависимости от количества узлов можно разделить на элементы первого и второго
порядков.
Метод конечных разностей является одним из старейших методов для
расчета различных типов полей [61, 62]. Он основывается на построении в
исследуемой области сетки, в узлах которой находится значение искомой функции.
Совокупность значений всех функций называется сеточной функцией. Затем
производится замена дифференциального оператора исходного уравнения
разностным. Далее путем подстановки в исходную систему дифференциальных
уравнений получают систему алгебраических уравнений и производят её решение.
40
Метод вторичных источников позволяет рассчитывать электромагнитные
поля в неоднородной среде [63]. Задача сводится к расчёту поля в однородной
среде. Далее для учёта неоднородностей в расчётную среду водятся вторичные
источники – распределённые поверхностные заряды или токи. Затем производится
расчёт поля от внесённых источников и, складывая поля, получают картину
распределения электромагнитного поля. Величины вторичных источников
определяются с учётом граничных условий по теореме Гаусса. Большинство типов
вторичных источников было рассмотрено Гринбергом Г.А. [64].
Развитие метода граничных элементов обусловлено развитием мощным и
быстродействующих электронно – вычислительных комплексов. Данный метод
основывается на принципе суперпозиции и предназначен для решения только
линейных задач [65 – 66]. Существует 3 варианта данного метода: прямой (искомые
переменные решаемой задачи – реальные величины, которые имеют физический
смысл), полупрямой (в качестве исследуемых функций используют функции
аналогичные реальным) и непрямой (исследуемые функции определяются по
найденным функциям плотностей путем их интегрирования) [67].
Метод сеток основывается на решении уравнений Лапласа и Пуассона в
конечно-разностной форме [52, 68]. На исследуемую область наносится сетка, в
узлах которой производится расчёт потенциалов с учётом потенциалов соседних
точек. Уравнения связи между потенциалами соседних точек рассчитываются
путем численного подбора. Далее на сетку наносят возможную картину поля и,
предварительно задав значения потенциалов в узлах, по уравнениям связи находят
потенциалы данных узлов. Метод сеток предполагает применение мощной
вычислительной системы.
2.2
Анализ
программных
продуктов,
используемых
для
расчёта
электромагнитных и тепловых полей в системе «примыкающий индуктор –
стальной лист»
Проектирование сложных современных технических систем и комплексов
невозможно без применения высокопроизводительных расчетных систем. Данное
41
программное обеспечение позволяет выполнить моделирование разнообразных
технологических процессов, протекающих в установках и системах разного уровня
сложности, и получить пространственно – временные распределения параметров
исследуемого объекта. Расчётные системы позволяют значительно сократить время
и увеличить точность расчётов, а также учесть нелинейность свойств материалов.
Большинство из программных продуктов базируется на методе конечных
элементов [54]. К наиболее распространённым программным продуктам для
моделирования
электромагнитных и тепловых полей, возникающих
при
индукционном нагреве, можно отнести ANSYS, ELCUT, Femlab, FLUX, JMAGDesigner, QuickField и другие. Кратко охарактеризуем каждую из перечисленных
программ.
FEMM 4.2 – программа, предназначенная для решения электромагнитных и
тепловых задач [69]. К достоинствам можно отнести простой интерфейс и
доступность программы. Вместе с тем, программа предназначена для решения
только простых задач в двухмерном пространстве.
FLUX 12.2 – программный продукт, разработанный французской фирмой
CEDRAT [70]. FLUX позволяет производить расчёт электромагнитных, тепловых
и связанных задач в двух- и трёхмерном пространстве. Данная программа
позволяет учитывать нелинейность свойств материала. Недостаток – отсутствие
модуля для расчёта термических напряжений в системе.
COMSOL Multiphysics (Femlab) – мощная среда для моделирования и
расчётов различных инженерных задач методом конечных элементов [71-72].
Программа позволяет решать электромагнитные и тепловые задачи для 2D и 3D
полей. Имеется большая библиотека физических свойств материалов.
Пакет программ JMAG-Designer фирмы JSOL позволяет производить расчёт
электромагнитного и температурного полей, а также прочностной анализ системы
в 2D (кроме теплового) и 3D пространстве [73]. Обладает наибольшей
производительностью при расчёте устройств, имеется модуль коррекции B(H) в
зависимости от температуры, что значительно уточняет расчёты. К недостаткам
можно отнести малое количество литературных источников.
42
MagNet и ThermNet – мощные программные модули, используемые при
проектировании
двигателей,
датчиков,
исполнительных
механизмов,
индукционных устройств и т.д [74]. Данные программы позволяют производить
анализ объектов, движущихся в электромагнитном поле.
Программа
ANSYS
является
самой
распространённой
в
сфере
автоматизированных расчётных инженерных систем, позволяющие решать все
типы задач (электромагнитные, тепловые, механики деформации, акустики и т.д.),
включая задачу фазового перехода [75-76]. Выбор данного продукта обусловлен
широкими возможностями программы, большим количеством примеров и
литературы. К недостаткам можно отнести высокую стоимость программного
продукта и малое количество русскоязычной литературы.
ELCUT – мультифизичный программный пакет российской компании ООО
«ТОР», позволяющий проводить анализ различных систем, а также получать
решение многодисциплинарных стационарных и нестационарных связанных задач
[77]. Несмотря на ограниченные возможности программы (отсутствие модуля
трехмерной модели, невозможность одновременного решения нескольких задач,
отсутствие выбора типа конечного элемента) данное ПО получило широкое
распространение. Это обусловлено рядом преимуществ, к которым можно отнести
простой и удобный интерфейс программы; наличие русскоязычной версии и
литературы; наличие бесплатной версии и большое количество примеров,
поставляемых вместе с программой.
QuickField
–
программный
пакет
датской
фирмы
Tera
Analysis,
разработанный в сотрудничестве с российской фирмой «ТОР», позволяющий
производить расчёт электромагнитных и тепловых полей [78]. Благодаря наличию
студенческой версии нашло широкое применение в учебной среде.
Field Precision – компания, разрабатывающая программное обеспечение,
применяемое для широкого спектра различных типов задач, начиная от простых
магнитов и до рентгеновского излучения [79]. Данной фирмой были разработаны
программные модули (Induction Heating Toolkit, Advanced Magnetic Field и другие),
позволяющие производить расчёт систем индукционного нагрева.
43
Thomatronik – немецкая компания, разрабатывающая программы для
численного моделирования и оптимизации различных типов установок [80]. К
основным программным продуктам данной фирмы относятся Opera 2D/3D и
Magnetics Designer.
Описанные ранее программные продукты основываются на методе конечных
элементов. Исключение составляет блок программ (FARADAY, INDUCTO,
CELSIUS, KELVIN и т.д.) компании IES, основанный на методе граничных
элементов и гибридном методе [81]. Недостаток – отсутствие возможности
решения прочностных задач.
Среди перечисленных программ можно выделить три универсальных пакета:
ANSYS, Femlab и ELCUT [82]. Сравнительные характеристики данных расчетных
модулей для решения задач индукционного нагрева приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Основные отличия программных продуктов (для моделирования
установок индукционного нагрева)
№
Возможности ПО
Вид проводимого анализа:
Электромагнитный
1 Тепловой
Механический
Мультифизичный
ANSYS
Femlab
ELCUT
да
да
да
да
да
да
да
да
да
да
да
только
последовательное
решение
да
да
да
да
да
только для задач
теплопередачи
да
да
да
да
да
да
да
да
нет
нет
да
да
нет
нет
нет
да
да
нет
Тип расчёта:
2 Статический
Динамический
3
4
5
6
Тип геометрической модели:
Двухмерная
Осесимметричная
Трехмерная
Выбор типа конечного элемента
Возможность задания энтальпии
как параметра материала
Возможность
моделирования
внешних электрических цепей
44
Анализируя приведенную выше таблицу, можно сделать вывод, что самым
универсальным пакетом является программа ANSYS; на втором месте стоит
Femlab, позволяющие интегрировать решенные задачи в MATLAB; на третьем –
ELCUT – единственное отечественное ПО, позволяющее решать задачи
индукционного нагрева.
На практике при выборе среды моделирования учитывают не только
возможности программного продукта, но также его доступность и требования к
производительности ЭВМ.
2.3 Математическое моделирование системы «примыкающий индуктор –
стальной лист» в программе ELCUT
2.3.1 Геометрическая модель системы «примыкающий индуктор – стальной лист»
Исследование системы низкотемпературного нагрева «примыкающий
индуктор – нагреваемый объект» проводилось с применением программного
продукта ELCUT. Выбор данного программного обеспечения обусловлен
наибольшей доступностью (по сравнению с другими аналогами), наличием
русскоязычной версии и литературы на русском языке, а также возможностью
решения связанных задач.
Любая индукционная установка относится к сложным системам, в которых
протекает большое количество взаимосвязанных физических процессов. Для
получения полной картины протекающих в системе процессов, требуется
последовательное решение 4 взаимосвязанных задач: магнитного поля переменных
токов, нестационарной теплопередачи, механических напряжений и упругих
деформаций, а также электростатического поля. Однако в большинстве случаев
моделирование индукционного нагрева сводится к решению первых двух задач
[50].
Решение
любого
типа
задачи
в
программе
последовательности действий, приведенных на рисунке 2.1.
45
ELCUT
сводится
к
Рисунок 2.1 – Схема выполнения расчёта задачи в программной среде ELCUT
В процессе моделирования системы индукционного нагрева необходимо
решить
мультидисциплинарную
(связанную)
задачу.
Схема
выполнения
взаимосвязанных расчетов приведена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Схема выполнения взаимосвязанных расчетов в системе
индукционного нагрева
В программе ELCUT создается эскиз геометрической модели системы,
который фактически является чертежом моделируемой системы (рис. 2.3).
46
2
1
3
5
4
Рисунок 2.3 – Эскиз геометрической модели системы «примыкающий индуктор –
стальной лист»: 1 – обмотка индуктора; 2 – магнитопровод; 3 -воздушная среда;
4 – граница расчётной области; 5 – загрузка
После создания геометрической модели системы необходимо задать
физические свойства материалов индуктора, загрузки и окружающей среды, а
также граничные условия. При решении задачи магнитного поля переменных токов
необходимо задать магнитную проницаемость и электропроводность материалов,
а также вид источника поля (напряжение или полный ток) и его значение.
Магнитную проницаемость для ферромагнитных материалов задаётся как
зависимость от температуры и напряженности магнитного поля. Для текущего
значения напряженности магнитного поля справедлива следующая зависимость
[83]:
  t n 
(t)  1     1  1     ,
  t k  
(2.8)
где µ(t) – относительная магнитная проницаемость при текущей температуре;
µ - относительная магнитная проницаемость при t = 20 0C;
t – текущая температура, 0С;
tk – температура магнитных превращений стали (точка Кюри), 0C;
n – коэффициент, учитывающий крутизну характеристики.
47
Согласно [49] зависимость (2.8) может принять следующий вид (для
электромагнитных полей с напряженностью H  4000
  1   5  10  H
5
0,894
А
):
м
  t 2 
 1  1     .
  t k  
(2.9)
При задании свойств магнитопровода следует учитывать, что он набирается
из листов шихтованной стали. Для исключения погрешности при расчёте
необходимо произвести корректировку кривой намагничивания стали. При
коррекции H = f(B) пользуются следующим положением [84]: напряженность
электромагнитного поля H в магнитопроводе индуктора соответствует значению
индукции B’, отличающейся от индукции В монолитного материала на значение
ΔB, где
 1

B  B    1 ,
 k st 
(2.10)
где kst – коэффициент заполнения магнитопровода листами шихтованной
стали (при современном уровне автоматизации производства принимается равным
0,93 [85]).
Формула (2.10) справедлива только для определенного значения индукции,
равного 1,8 Тл.
Исходные данные для расчёта задачи магнитного поля переменных токов
приведены в литературе [86-88].
При решении электромагнитной задачи был принят ряд допущений:
1) потери в стали при расчете принимались равными нулю;
2) магнитный потенциал на границах системы принимался равным нулю;
3) электропроводность материалов принималась величиной постоянной;
4) обмотка индуктора принималась целостной (не производилось разбиение
на витки);
5) не учитывалось влияние крепежных шпилек индуктора.
48
В
результате
расчётов
электромагнитной
задачи
были
получены
распределения внутренних источников энергии и мощности тепловыделения.
Для решения задачи нестационарной теплопередачи необходимо связать ее с
предыдущей задачей. При решении тепловой задачи задавались значения
теплопроводности и теплоемкости материалов как зависимости от температуры, а
также плотности каждого элемента системы. Исходные данные для расчёта
температурного поля приведены в литературе [89-91]. Также были заданы время
нагрева – 1800 с и температура окружающей среды – 20 0С.
При расчёте тепловой задачи перегрев индуктора не учитывался.
2.3.2 Исследование одностороннего нагрева плоской металлической
пластины
При исследовании системы «примыкающий индуктор – плоская стальная
пластина» было произведено моделирование нагрева пластины толщиной 10 мм.
Толщина воздушного зазора между П – образным индуктором и загрузкой
составила 5 мм. Моделирование производилось для частот 50, 150, 500, 1500 Гц.
Картины распределения плотности тока для разных частот приведены на
рисунке 2.4.
а)
б)
в)
49
г)
д)
е)
ж)
з)
Рисунок 2.4 – Картины распределения и цветовые шкалы плотности тока при
одностороннем нагреве для 50 (а, в), 150 (б, г), 500 (д, ж) и 1500 Гц (е, з)
Графики распределения плотности тока по толщине загрузки приведены на
рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Графики распределения плотности тока при одностороннем нагреве
для разных значений частот
50
Из графиков, приведённых на рисунке 2.5, можно сделать вывод, что с
увеличением частоты глубина проникновения уменьшается. При этом значение
плотности
тока
на
поверхности
загрузки
увеличивается.
На
границе,
противоположной нагреваемой поверхности плотность тока равна 0, т.е. в стальной
пластине и зазоре выделяется 100 % мощности электромагнитного поля.
Графики распределения основных параметров электромагнитного поля
(индукции, напряжённости, плотности тока и тепловыделения) на глубине 5 мм
приведены на рисунке 2.6.
а)
б)
51
в)
г)
Рисунок 2.6 – Графики распределения индукции (а), напряжённости (б),
плотности тока (в) и тепловыделения (г) при одностороннем нагреве в загрузке
для разных значений частот
Анализируя картины и графики распределения основных параметров
электромагнитного поля, представленные на рисунках 2.4 – 2.6, можно сделать
вывод, что основные источники электромагнитного поля концентрируются в
центре загрузки под магнитопроводом, а к полюсам уменьшаются до значений,
близких к нулю [92]. При увеличении частоты нагрева значения индукции и
напряженности уменьшаются, а значения плотности тока и тепловыделения
увеличиваются.
52
Картины распределения температурного поля в системе для разных частот
приведены на рисунке 2.7.
а)
б)
в)
г)
д)
е)
ж)
з)
Рисунок 2.7 – Картины распределения и цветовые шкалы температурного поля
при одностороннем нагреве для 50 (а, в), 150 (б, г), 500 (д, ж) и 1500 Гц (е, з)
Графики распределения температуры по длине загрузки (на глубине 5 мм)
представлены на рисунке 2.8.
53
Рисунок 2.8 – Графики распределения температуры по длине загрузки
Анализируя графики и картины распределения температурных полей,
приведенные на рисунках 2.7 – 2.8, можно сделать выводы, что при одностороннем
нагреве П – образным индуктором наибольшая температура наблюдается в центре
загрузки, что свидетельствует о концентрации в данном месте основных
источников тепла. К полюсам магнитопровода значение температуры значительно
уменьшается (на 87 0С при нагреве на частоте 50 Гц), что свидетельствует о
неравномерности нагрева стальной загрузки. При увеличении частоты питающего
тока температура нагрева в поверхностных слоях увеличивается, а также
происходит увеличение неравномерности нагрева (разница температур при 1500 Гц
составляет 130 0С). Для получения равномерного нагрева требуется применение
нескольких примыкающих индукторов, расположенных друг от друга на
определённом расстоянии.
2.3.3 Исследование двустороннего нагрева плоской металлической пластины
2.3.3.1 Исследование двустороннего нагрева при встречном включении обмоток
индукторов
На втором этапе моделирования был рассмотрен двусторонний нагрев
пластины толщиной 10 мм при встречном включении обмоток индукторов.
54
Толщина воздушного зазора между полюсом и загрузкой – 5 мм. Моделирование
производилось для частот 50, 150, 500, 1500 Гц.
Картины распределения плотности тока для разных частот приведены на
рисунке 2.9.
а)
в)
б)
г)
д)
ж)
е)
з)
Рисунок 2.9 – Картины распределения и цветовые шкалы плотности тока для 50
(а, в), 150 (б, г), 500 (д, ж) и 1500 Гц (е, з)
55
Графики распределения плотности тока по глубине загрузки приведены на
рисунке 2.10.
Рисунок 2.10 – Графики распределения плотности тока по глубине загрузки для
разных значений частот
Графики распределения основных параметров электромагнитного поля
(индукции, напряжённости, плотности тока и тепловыделения) на глубине 5 мм
приведены на рисунке 2.11.
а)
56
б)
в)
г)
Рисунок 2.11 – Графики распределения индукции (а), напряжённости (б),
плотности тока (в) и тепловыделения (г) при двустороннем нагреве встречно
включенными обмотками индукторов для разных значений частот
57
Анализируя картины и графики распределения основных параметров
электромагнитного поля, представленные на рисунках 2.9 – 2.11, можно сделать
вывод, что при двустороннем нагреве со встречным включением обмоток
индукторов основные источники электромагнитного поля концентрируются в
центре загрузки, как и при одностороннем нагреве [93]. Индукция и напряженность
при данном способе нагрева выше, чем при одностороннем (для одинаковых
значений частот), а плотность тока и тепловыделение ниже, что свидетельствует о
взаимном влиянии полей, образуемых индукторами. Кривые, полученные при
двустороннем нагреве, имеют более пологий характер, что свидетельствует о
меньшей неравномерности при распределении источников электромагнитного
поля.
Картины распределения температурного поля в системе для разных значений
частот приведены на рисунке 2.12.
а)
в)
б)
58
г)
д)
ж)
з)
е)
Рисунок 2.12 – Картины распределения и цветовые шкалы температурного поля
для 50 (а, в), 150 (б, г), 500 (д, ж) и 1500 Гц (е, з)
Графики распределения температуры по длине загрузки (на глубине 5 мм)
представлены на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 – График распределения температуры по длине загрузки
59
Анализ
графиков
и
картин
распределения
температурных
полей,
приведенные на рисунках 2.12 – 2.13, позволяет сделать выводы, что при
двустороннем нагреве встречно включенными обмотками индукторов наибольшая
температура наблюдается в центре загрузки, как и при одностороннем нагреве,
однако крутизна характеристик значительно меньше, что обусловлено встречным
направлением протекающих в обмотках токов.
2.3.3.2 Исследование двустороннего нагрева при согласном включении обмоток
индукторов
На третьем этапе моделирования был рассмотрен двусторонний нагрев
пластины толщиной 10 мм при согласном включении обмоток индукторов.
Толщина воздушного зазора между полюсом и загрузкой – 5 мм. Моделирование
производилось для частот 50, 150, 500, 1500 Гц.
Картины распределения плотности тока для разных частот приведены на
рисунке 2.14.
а)
в)
б)
60
г)
д)
ж)
з)
е)
Рисунок 2.14 – Картины распределения и цветовые шкалы плотности тока для 50
(а, в), 150 (б, г), 500 (д, ж) и 1500 Гц (е, з)
Графики распределения плотности тока по глубине загрузки приведены на
рисунке 2.15.
Рисунок 2.15 – Графики распределения плотности тока по глубине загрузки для
разных значений частот
Графики распределения основных параметров электромагнитного поля
(индукции, напряжённости, плотности тока и тепловыделения) на глубине 5 мм
приведены на рисунке 2.16.
61
а)
б)
в)
62
г)
Рисунок 2.16 – Графики распределения индукции (а), напряжённости (б),
плотности тока (в) и тепловыделения (г) при двустороннем нагреве согласно
включенными обмотками индукторов в загрузке для разных значений частот
Анализ
картин
и
графиков
распределения
основных
параметров
электромагнитного поля, представленных на рисунках 2.14 – 2.16, позволяет
сделать вывод, что при двустороннем нагреве с согласным включением обмоток
индукторов основные источники электромагнитного поля также концентрируются
в центре загрузки [93]. Индукция и напряженность при данном способе нагрева
выше, чем при одностороннем (для одинаковых значений частот), но меньше, чем
при встречном включении индукторов, а плотность тока и тепловыделение выше,
чем в рассмотренных ранее вариантах нагрева. Кривые распределения в данном
случае имеют более крутой характер, что обусловлено суммарным воздействием
полей двух индукторов.
Картины распределения температурного поля в системе для разных частот
приведены на рисунке 2.17.
63
а)
в)
г)
б)
д)
ж)
з)
е)
Рисунок 2.17 – Картины распределения и цветовые шкалы температурного поля
для 50 (а, в), 150 (б, г), 500 (д, ж) и 1500 Гц (е, з)
64
Графики распределения температуры по длине загрузки (на глубине 5 мм)
представлены на рисунках 2.18.
Рисунок 2.18 – График распределения температуры по длине загрузки
По графикам и картинам распределения температурных полей, приведенным
на рисунках 2.17 – 2.18, видно, что наибольшая температура, как и в рассмотренных
ранее вариантах, наблюдается в центре под обмоткой индуктора. Согласное
включение обмоток позволяет достичь наиболее высокого значения температуры,
однако при данном варианте наблюдается наибольшая неравномерность
распределения температурных полей в системе.
2.3.4 Поиск оптимального расстояния между индукционными нагревателями для
обеспечения равномерного нагрева
Для получения равномерного распределения температурного поля по объему
стальной пластины требуется определить оптимальное расстояние между
полюсами соседних нагревателей [34].
С помощью модуля LabelMover 2.3 был произведен параметрический анализ
системы, в ходе которого определили, что наиболее оптимальной частотой нагрева
ванны оцинкования является частота 50 Гц. При ней обеспечивается наибольшая
равномерность распределения температурного поля по объему стальной загрузки.
65
Для выбранной рабочей частоты был произведен поиск оптимального
расстояния между полюсами магнитопроводов соседних индукторов. Проведенные
ранее исследования [92,93] показали, что применение одного П – образного
индукционного нагревателя не позволяет получить равномерное распределение
температурного поля по объему загрузки (за равномерное принимается поле с
разницей температур ΔТ ≤ 10 0С). Для решения данной задачи было произведено
моделирование системы, состоящей из двух индукторов и загрузки (рис. 2.19).
Рисунок 2.19 – Эскиз системы для поиска оптимального расстояния между
индукционными нагревателями: 1 – индуктор, 2 – загрузка, а – расстояние между
полюсами магнитопроводов двух индукторов; b – длина полюса индуктора
Данная задача решалась с помощью двух программных продуктов: Excel и
ELCUT. В ходе проведённых расчётов была получена графическая зависимость
разности температуры ΔT от соотношения
a
, приведённая на рисунке 2.20.
b
Рисунок 2.20 – График зависимости разности температуры ΔT от соотношения
66
a
b
Анализ полученной зависимости позволил сделать вывод, что равномерное
распределение температурного поля по объему стальной пластины возможно при
выполнении следующего условия [94]:
a   2,8
Данная
рекомендация
4,2   b.
использовалась
(2.11)
при
расчёте
индукционных
нагревателей. С учётом геометрических размеров П – образного индуктора было
принято соотношение a  3  b.
Картины распределения плотности тока и температурного поля в системе
«примыкающий индуктор – стальной лист» при соотношении a  3  b приведены
на рисунке 2.21.
а)
б)
в)
г)
Рисунок 2.21 – Картины распределения и цветовые шкалы плотности тока (а, в) и
температурного поля (б, г)
График распределения температуры для участка стального листа на глубине
5 мм приведен на рисунке 2.22.
67
Рисунок 2.22 – График распределения температуры по длине стального листа при
соотношении a  3  b
Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о технической
возможности обеспечения равномерного нагрева загрузки при размещении
индукционных нагревательных устройств на определённом расстоянии.
2.4 Физическое моделирование процесса индукционного нагрева стального листа
В процессе изучения характера распределения температурного поля в
системе «примыкающий индуктор – нагреваемый объект» была проведена серия
экспериментов по нагреву металлической пластины толщиной 15 мм. Для нагрева
стальной пластины использовался примыкающий индуктор со следующими
характеристиками: мощность, потребляемая индуктором из сети P = 2,3 кВт; ток
индуктора I = 12,8 A; напряжение индуктора U = 220 B; cos φ = 0,85; число витков
w = 212. При проведении экспериментальных исследований производилось
измерение температуры стального листа двумя устройствами: потенциометром
КСП2-068 и оптическим пирометром С300. Схема расположения термопар и точек
измерения температуры пирометром относительно примыкающего индуктора
приведена на рисунке 2.23.
68
Рисунок 2.23 – Схемы размещения термопар и точек измерения температуры
пирометром относительно индуктора: 1 – обмотка, 2 – магнитопровод,
3 – загрузка, 4 – термопары, 5 – точки измерения температуры оптическим
пирометром
Результаты измерений температуры в стальной загрузке с помощью
автоматического потенциометра вдоль оси абсцисс (х) и оси ординат (у) приведены
на рисунке 2.24.
а)
б)
Рисунок 2.24 – Кривые распределения температуры в стальной пластине вдоль
осей абсцисс (а) и ординат (б)
Анализ полученных кривых позволяет сделать вывод, что при нагреве П –
образным индуктором наибольшая энергия сосредоточена под полюсами
69
магнитопровода и в межполюсном пространстве магнитопровода нагревателя. По
мере увеличения времени нагрева растет неравномерность распределения
температурного поля по объему стальной загрузки [92].
Результаты измерения температурного поля загрузки пирометром показаны
на рисунке 2.25.
Рисунок 2.25 – Кривые распределения температуры на поверхности загрузки
Анализируя графики распределения температурного поля по поверхности
загрузки, приведенные на рисунке 2.25, можно сделать вывод, что наибольшее
значение температуры нагрева наблюдается в точке, расположенной в центре
пластины (под магнитопроводом), а к полюсам магнитопровода температура
уменьшается. С увеличением времени нагрева неравномерность распределения
температуры по поверхности загрузки увеличивается.
Выводы по разделу:
1) произведён анализ существующих методов расчёта электромагнитных и
тепловых полей в системах индукционного нагрева и определено, что наиболее
рациональным является метод конечных элементов;
2) анализ программных продуктов позволил определить 3 программы,
оптимально подходящие для расчёта индукционных установок: ANSYS, Femlab и
ELCUT;
70
3) в процессе проведенного в программе ELCUT моделирования системы
«примыкающий индуктор – стальной лист» было определено следующее:
-
при
одностороннем
нагреве
наибольшее
значение
параметры
электромагнитного и теплового полей имеют в центре загрузки, а к полюсам
магнитопровода эти значения уменьшаются; с увеличением частоты или времени
нагрева растёт неравномерность распределения температурного поля по объему
загрузки;
- при встречном и согласном включении обмоток индукторов параметры
электромагнитного и теплового полей также имеют в центре загрузки, однако при
согласном
включении
растёт
неравномерность
распределения
основных
параметров, а при встречном – уменьшается, что обусловлено влиянием наводимых
индукторами полей;
- для обеспечения равномерного распределения температуры по объему
загрузки требуется размещать индуктора на расстоянии, равном 2,8 – 4,2 длины
магнитопровода (при этом перепад температуры не превышает 10 0С)
4) проведённое на физической модели исследование распределения
температурного поля по поверхности стального листа подтвердило адекватность
созданной в программе ELCUT модели;
5) с учётом проведённых исследований необходимо выполнить расчёт
съёмной индукционной единицы.
71
3 РАСЧЁТ СИСТЕМЫ НАГРЕВА ВАННЫ ГОРЯЧЕГО ОЦИНКОВАНИЯ
3.1
Составление теплового баланса ванны горячего оцинкования
Исходные данные для расчета ванны горячего оцинкования:
Размеры ванны: длина – 6,07 м; ширина – 1,15 м; глубина – 0,34 м; толщина
– 0,03 м.
Толщины слоев шамота:
- над кольцом ванны: 0,186 м, 0,231 м, 0,125 м;
- боковых стенок шамота: 0,124 м, 0,232 м, 0,125 м;
- передней и задней стенок: 0,186 м.
Способ нагрева – пламенный, тип горелки – ГНП – 2.
м3
Расход газа – 27
.
ч
Тепловой баланс ванны горячего оцинкования составляется, исходя из
равенства количества теплоты, приходящего от различных нагревателей, и
количества теплоты, идущего на нагрев ванны и загрузки (цинка), а также на
компенсацию тепловых потерь, вызванных несовершенством технологической
установки.
По
итогам
составленного
теплового
баланса
дается
оценка
эффективности работы оцинковального стана и его отдельных узлов.
Так как линия горячего оцинкования является непрерывно работающим
агрегатом, то для неё тепловой баланс составляется на единицу времени.
Математически тепловой баланс любой установки может быть выражен
следующим равенством [95]:
Qприх.  Qрасх. ,
(3.1)
где Qприх – приходная составляющая статей теплового баланса, учитывающая
все подводимые к ванне горячего оцинкования источники энергии, кВт·ч;
Qрасх – расходная составляющая статей, учитывающая все типы потерь
(полезных и «вредных») ванной оцинкования, кВт·ч.
72
Физически уравнение (3.1) представляет собой закон сохранения энергии
применительно к условиям работы линии непрерывного горячего оцинкования.
Приходная составляющая статей теплового баланса ванны для пламенного
способа нагрева будет складываться из следующих источников тепла [96]:
Qприх  Qг.т.  Qр.в.  Qп.т. ,
(3.2)
где Qг.т.– количество теплоты, выделяемое в процессе горения топлива, кВт·ч;
Qр.в. – количество теплоты, вносимое в зону нагрева разогретым воздухом,
кВт·ч;
Qп.т. – количество теплоты, вносимое в зону нагрева подогретым топливом
(газом), кВт·ч.
Остановимся более подробно на рассмотрении физической сущности каждой
составляющей приходной части статей теплового баланса ванны оцинкования.
Количество теплоты, выделяемое в процессе горения газообразного топлива,
является основным энергетическим источником, обеспечивающим разогрев цинка
до жидкого состояния и поддержание заданной температуры расплава в течении
всего технологического цикла. Рассмотренная составляющая прихода энергии в
ванну определяется по выражению [97]:
Qг.т.  В  Qс.г. ,
(3.3)
м3
где В – расход топлива ванной оцинкования за 1 час,
;
ч
Qс.г. – количество теплоты (низшее значение), выделяемое при сгорании 1 м3
газового топлива, Q1  33691,8
кДж
, [89];
м3
Qг.т.  27  33691,8  909,7 103 кВт  ч.
Количество теплоты, вносимое в зону нагрева разогретым воздухом, может
составлять 30 – 40 % от общего количества, расходуемого на процесс расплава
цинка, и рассчитывается по формуле [97]:
73
Qп.в.  B  V  cв  t в ,
(3.4)
где V – расход воздуха на процесс горения (фактическое значение),
св – теплоемкость воздуха (среднее значение), св  1,3
м3
;
м3
кДж
, [98];
м3 0 С
tв – температура подогреваемого газами воздуха, 0С;
Qп.в.  27  28 1,3  220  216,2 103 кВт  ч.
Количество теплоты, вносимое в зону нагрева подогретым топливом (газом),
позволяет снизить удельный расход газа для плавки цинка, а также поднять
температуру в ванне оцинкования. Данная составляющая приходных статей
определяется по выражению [97]:
Qп.т.  B  cт  t т ,
где
с т  1,61
ст
–
теплоемкость
газового
(3.5)
топлива
(усреднённое
значение),
кДж
, [99];
м3 0 С
tт – температура подогретого газового топлива, 0С;
Qп.т.  27 1,61 20  869,4 кВт  ч.
Подставив полученные значения в формулу (3.2), определим количество
теплоты, идущее на разогрев цинка в ванне горячего оцинкования (с учётом
различных видов потерь):
Qприх  909,7  103  216,2  103  869,4  1,126  106 кВт  ч.
Согласно
[95]
тепловая
мощность,
потребляемая
ванной
горячего
оцинкования на расплав загрузки, будет равна:
Рв.обезж. 
Qприх
3600
;
1,126  106
Рв.оц. 
 312,99  кВт .
3600
74
(3.6)
Расходная составляющая статей теплового баланса ванны горячего
оцинкования учитывает все виды тепловых потерь агрегата (как на процесс нагрева
расплава цинка (полезные), так и сопутствующие потери, связанные с
несовершенством цинковальной установки) и вычисляется по формуле [96]:
Qрасх =Qнагр.пр. +Qсгор. +Qхим. +Qк.г. +Qпов. +Qбок.стен. +
+Qпер.стен. +Qм.н. +Qнеуч. +Qцинка ,
(3.7)
где Qнагр.пр. – количество теплоты, выносимое из рабочей зоны ванны стальной
проволокой, кВт·ч;
Qсгор. – количество теплоты, выносимое из рабочей зоны ванны за счёт
образования продуктов сгорания, кВт·ч;
Qхим. – количество теплоты, теряемое в рабочей зоне ванны вследствие
химической неполноты сгорания газа, кВт·ч;
Qк.г. – количество теплоты, теряемое в рабочей зоне кольца и поверхности над
кольцом, кВт·ч;
Qпов. – количество теплоты, теряемое через насыпной шамотный слой на
поверхности ванны горячего оцинкования, кВт·ч;
Qбок.стен. – количество теплоты, теряемое в процессе нагрева наружной
поверхностью боковых стенок ванны оцинкования, кВт·ч;
Qп.з.с. – количество теплоты, теряемое в процессе нагрева наружной
поверхностью передней и задней стенок ванны оцинкования, кВт·ч;
Qм.н. – количество теплоты, теряемое ванной оцинкования вследствие
механической неполноты сгорания топлива, кВт·ч;
Qнеуч. – дополнительные (неучтенные) тепловые потери в рабочем
пространстве ванны оцинкования, кВт·ч;
Qцинка – количество теплоты, идущее на процесс разогрева и поддержания в
расплавленном состоянии цинка, кВт·ч.
Остановимся более подробно на рассмотрении физической сущности каждой
составляющей расходной части статей теплового баланса ванны оцинкования.
75
Количество теплоты, выносимое из рабочей зоны ванны оцинкования
стальной проволокой при её движении, определяется по выражению [89]:
Qнагр.пр.  Р   iк  iн  ,
(3.8)
где iн – теплосодержание (энтальпия) стальной проволоки при температуре
на входе в ванну оцинкования, iн  19,2
кДж
[100];
кг
iк – теплосодержание стальной проволоки при температуре на выходе из
ванны оцинкования, iк  245,7
кДж
;
кг
P – пропускная способность ванны горячего оцинкования,
кг
;
ч
Qнагр.пр.  1700   245,7  19,2   385,05  103 кВт  ч.
Количество теплоты, выносимое из рабочей зоны ванны за счёт образования
продуктов сгорания (углекислого газа), является второй по значимости из
составляющих статей расходной части теплового баланса и вычисляется по
формуле:
Qсгор.  В  Vд.г.  cд.г.  t д.г. ,
(3.9)
где Vд.г. – объем продуктов сгорания, выносимых из рабочей зоны ванны на
м3
единицу топлива (газа), 3 ;
м
сд.г. – теплоемкость газов, удаляемых из рабочей зоны (среднее значение),
сд.г.  1,29
кДж
[100];
м3 0 С
tд.г. – температура выносимых из рабочей зоны газов, 0С;
Qсгор.  27  30,24  1,29  200  210,65  103 кВт  ч.
Количество теплоты, теряемое в рабочей зоне ванны вследствие химической
неполноты сгорания газа (из-за некачественного смешения в полости горелки
76
подаваемых газа и воздуха), определяется по выражению [95]:
Qхим.  12140  В  Vсгор.  рсо ,
где 12140
(3.10)
кДж
- низшее значение теплоты сгорания полученной смеси,
м3
содержащей от 0,5 до 3,0 % оксида углерода и водород (после сжигания газа);
рс.о. – содержание оксида углерода в продуктах сгорания;
Qхим.  12140  27  30,24  0,00005  495,603 кВт  ч.
Количество теплоты, теряемое ванной оцинкования в рабочей зоне кольца и
поверхности над кольцом, вычисляется по формуле [101]:
Qк.г.  qк.г.  Sк.г. ,
(3.11)
где qк.г. – плотность теплового потока рабочей зоны кольца ванны
оцинкования,
кВт  ч
;
м2
Sк.г. – площадь рабочей зоны кольца ванны, м2.
Значение плотности теплового потока рабочей зоны кольца ванны горячего
оцинкования определяется по выражению:
q к.г. 

3,6  t перв.  t окр.ср.

 i
i 1 i
n
,
(3.12)
где tперв. – первоначальная температура над рабочей зоной кольца в среднем
слое шамота, °С;
tокр.ср. – температура окружающей среды помещения участка оцинкования, °С;
δi – толщина i – того шамотного слоя, м;
λi – коэффициент теплопроводности i – того шамотного слоя,
n – число шамотных слоёв над рабочей зоной ванны.
77
Вт
;
м 0 С
n
Отношение

 i
является тепловым сопротивлением шамотной кладки
i 1 i
ванны оцинкования.
Расчётные значения шамотных слоёв над рабочей зоной кольца ванны будут
равны:
x1  1  0,186 м;
x 2  1  2  0,186  0,231  0,417 м;
x3  1  2  3  0,186  0,231  0,125  0,542 м,
где δi – толщина i – того шамотного слоя, м.
Усреднённое температурное значение по глубине шамотных слоёв рабочей
зоны кольца ванны оцинкования вычисляется по формуле:
n

  t перв. 
t перв.  t окр.ср.
t ср.  i 1 
x3
n

 xi 
;
(3.13)
450  70
450  70
 0,186  450 
 0,417
0,542
0,542
t ср. 

3
450  70
450 
 0,542
0,542

 182,411   С  .
3
450 
Коэффициенты теплопроводности для каждого шамотного слоя рабочей
зоны кольца определяются по выражениям:


(3.14)
3  53  0,19  t ср 103;
(3.15)
1,2  1,0  1,0  0,001  t ср ;


 Вт 
1,2  1,0  1,0  0,001  182,411  1,182  0  ;
м  С
78
 Вт 
3   53  0,19  182, 411  103  0,088  0  .
м  С
Подставив полученные значения в формулы (3.11) – (3.12), определим:
q к.г. 
3,6   450  70 
 кВт  ч 
 771,466 
;
2 
0,186 0,231 0,125
 м 


1,182 1,182 0,088
Qк.г.  771,466  0,802  618,716 кВт  ч.
Количество теплоты, теряемое через насыпной шамотный слой на
поверхности ванны горячего оцинкования, вычисляется по формуле:
Qпов.  qпов.  Sпов. ,
(3.16)
где qпов. – плотность теплового потока, идущего с поверхности насыпного
слоя шамота,
кВт  ч
;
м2
Sпов. – площадь поверхности насыпного слоя шамота, м2.
Плотность теплового потока, идущего с поверхности насыпного шамотного
слоя ванны горячего оцинкования определяется по выражению [102]:
q пов.  3,6 
 пов.
  t1  t 2  ,
пов.
(3.17)
где λпов. – коэффициент теплопроводности насыпного шамотного слоя на
поверхности ванны горячего оцинкования,
Вт
;
м 0 С
δi – толщина поверхностного шамотного слоя, м;
t1 – значение температуры под насыпным шамотным слоем, 0С;
t2 – значение температуры над насыпным шамотным слоем, 0С.
Усреднённое значение температуры по глубине насыпного шамотного слоя
будет вычисляться по формуле:
t ср.пов. 
79
t1  t 2
;
2
(3.18)
t ср.пов. 
500  250
 375   C .
2
Коэффициент теплопроводности насыпного шамотного слоя на поверхности
ванны горячего оцинкования будет определяться по выражению (3.14):
 Вт 
пов.  1,0  1,0  0,001  375   1,375  0  .
м  С
Подставив полученные значения в формулы (3.16) – (3.17), вычислим:
q пов.  3,6 
1,375
 кВт  ч 
  500  250   32233,5 
;
0,04
 м 2 
Qпов.  32233,5  6,76  217898,46 кВт  ч.
Количество теплоты, теряемое в процессе нагрева стали боковыми стенками
ванны оцинкования, рассчитывается по формуле:
Qбок.стен.  qбок.стен.  Sбок.стен.,
(3.19)
где qбок.стен. – плотность теплового потока, идущего от наружной поверхности
боковых стенок ванны оцинкования в окружающую среду,
кВт  ч
;
м2
Sбок.стен. – площадь наружной теплоотдающей поверхности боковых стенок
ванны оцинкования, м2.
Плотность теплового потока, выбрасываемого наружной поверхностью
боковых стенок ванны оцинкования в окружающую среду, вычисляется по
формуле:
q бок.стен. 

3,6  t перв.  t окр.ср.
n 
1
1
 i 
1 i 1 i  2
,
(3.20)
где α1 – коэффициент теплоотдачи от нагретого газа к поверхности боковых
стенок ванны оцинкования, 1  7
Вт
;
м 2 0 С
80
α2 – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности боковых стенок
ванны оцинкования в окружающую среду,  2  12
Вт
.
м  С
2 0
Расчетные значения величин шамотных слоёв боковых стенок ванны
горячего оцинкования будут равны:
x1  0,124 м;
x 2  0,124  0,232  0,356 м;
x3  0,124  0,232  0,125  0,481 м.
Усреднённое значение температуры по глубине шамотных слоёв боковых
стенок ванны оцинкования будет определяться по выражению (3.13):
360  70
360  70
 0,124  360 
 0,232
0,481
0,481
t ср. 

3
360  70
360 
 0,125
0,481

 263,333   С  .
3
360 
Коэффициенты теплопроводности для каждого шамотного слоя боковых
стенок ванны горячего оцинкования будут вычисляться по формулам (3.14) –
(3.15):
 Вт 
1,2  1,0  1,0  0,001  263,333  1,263  0  ;
м  С
 Вт 
3   53  0,19  263,333  103  0,103  0  .
м  С
Подставив полученные значения в формулы (3.19) – (3.20), вычислим:
q бок.стен. 
3,6   360  70 
 кВт  ч 
 606,395 
;
2 
1 0,124 0,232 0,125 1
 м 




7 1,263 1,263 0,103 12
Qбок.стен.  606,395  3,62  2195,15 кВт  ч.
81
Усреднённое значение температуры по глубине шамотных слоёв передней и
задней стенок ванны оцинкования (принимается допущение, что стенки
нагреваются равномерно) будет определяться по выражению:
t ср. 
t ср. 
t перв.  t окр.ср.
2
(3.21)
;
360  70
 215   С .
2
Коэффициент теплопроводности шамотного слоя передней и задней стенок
ванны горячего оцинкования будет вычисляться по формуле (3.14):
Вт
.
м 0 С
п.з.с.  1,0  1,0  0,001  215   1,215
Плотность теплового потока, выбрасываемого наружной поверхностью
передней и задней стенок ванны оцинкования в окружающую среду, определяется
по выражению:
q п.з.с. 


3,6  t перв.  t окр.ср.
;
1 п.з.с. 1


1  п.з.с.  2
(3.22)
где δп.з.с. – толщина передней и задней стенок, м;
q пер.стен. 
3,6   360  70 
 2752,61
1 0,186 1


6 1,215 12
 кВт  ч 
 м 2  .
Количество теплоты, теряемое в процессе нагрева стали передней и задней
стенками ванны оцинкования, вычисляется по формуле (3.18):
Qпер.стен.  2752,61  0,31  853,308 кВт  ч.
Количество
теплоты,
теряемое
ванной
оцинкования
вследствие
механической неполноты сгорания топлива (для газового способа нагрева эти
потери обусловлены неплотностями трубопроводов системы газоснабжения, а
82
также несовершенством конструкции горелочных устройств), определяется по
выражению [99]:
Qм.н.  k м.н.  В  Q1,
(3.23)
где kм.н. – поправочный коэффициент, учитывающий потери, связанные с
механическим недожогом топлива. Для газового способа нагрева kм.н = 0,002 …
0,008. Принимаем kм.н = 0,005.
Qм.н.  0,005  27  33691,8  4548,5 кВт  ч.
Дополнительные (неучтенные) тепловые потери в рабочем пространстве
ванны оцинкования, связанные с фильтрацией газов через огнеупорную
конструкцию и т.д., вычисляются по формуле [95]:
Qнеуч   0,01...0,15  Q ст ,
(3.24)
где QΣст – суммарное количество теплоты, теряемое с наружной поверхности
стенок ванны и в рабочей зоне кольца, кВт·ч;
Qнеуч  0,07   618,716  2195,15  853,308  256,702 кВт  ч.
Плотность теплового потока расплава цинка будет определяться по
выражению:
q цинка 
3,6   t1  t 2 
,
цинка
 цинка
(3.25)
где λцинка – коэффициент теплопроводности цинка при t = 500
 цинка  60
Вт ;
м 0 С
t1 – значение температуры в поверхностном слое цинка, 0С;
t2 – значение температуры в нижнем слое цинка, 0С;
q цинка 
3,6   750  500 
 кВт  ч 
 45  103  2  .
0,3
 м 
60
83
0
С,
Количество теплоты, идущее на процесс разогрева и поддержания в
расплавленном состоянии цинка, вычисляется по формуле (3.11):
Qцинка  45 103  6,76  304,2 103 кВт  ч.
Подставив полученные значения в формулу (3.7), определим полный расход
тепловой мощности ванной горячего оцинкования:
Qрасх.  385050  210650  495,603  618,716  217898,46  2195,15 
853,308  4548,5  256,702  304200  1,126 106 кВт  ч.
Из уравнения теплового баланса (3.1) видно, что количество приходящего
тепла приблизительно равно полному расходу тепла на полезную работу (расплав
цинка) и тепловые потери:
1,126 106  1,126 106.
Тепловой коэффициент полезного действия ванны горячего оцинкования
определяется по выражению:

Qцинка
 100 %;
Qприх.
(3.26)
304,2 103

 100 %  27 %.
1,126  106
Анализируя рассчитанное значение теплового КПД ванны горячего
оцинкования, можно сделать вывод, что большая часть тепловой мощности,
образуемой в результате процесса сгорания газового топлива, идёт на покрытие
потерь, и лишь 27 % тепловой мощности расходуется на полезную работу – нагрев
и поддержание в расплавленном состоянии цинка.
Аналогичным образом можно определить процентную долю каждой
расходной статьи в общей доле расходов.
Результаты расчетов сведены в таблицу 3.1 и показаны на диаграмме на
рисунке 3.1.
84
Таблица 3.1 – Тепловые потери ванны горячего оцинкования
№
п/п
Наименование составляющей
расходной статьи теплового баланса
1
2
3
Идущее на нагрев стальной проволоки
Уносимое продуктами сгорания
Теряемое вследствие химической
неполноты сгорания топлива
Теряемое в зоне кольца и верхнего
слоя над кольцом
Теряемое через насыпной слой шамота
Теряемое наружной поверхностью
боковых стенок
Теряемое наружной поверхностью
передней и задней стенок
Теряемое вследствие механической
неполноты сгорания топлива
Дополнительные (неучтенные) потери
Идущие на расплав цинка
Итого (приход тепла)
4
5
6
7
8
9
10
Количество
теплоты Q,
кВт·ч
385,05·103
210,65·103
495,603
Процентное
значение в
общей доле, %
34,17
18,7
0,04
618,716
0,05
217898,46
2195,15
19,34
0,19
853,308
0,08
4548,5
0,4
256,702
304,2·103
1,126·106
0,02
27
100
Рисунок 3.1 – Диаграмма тепловых потерь ванны горячего оцинкования
Одним из перспективных энергосберегающих мероприятий является замена
пламенного способа нагрева с применением горелок типа ГНП-2 на индукционный
85
нагрев с применением П – образных примыкающих индукторов. При применении
индукционного нагрева пропадают потери, связанные с несовершенством работы
горелочных аппаратов и процессом горения (уносимые с оксидом углерода, из-за
химической и механической неполноты сгорания топлива).
Исходя из сказанного, суммарная мощность ванны горячего оцинкования при
индукционном нагреве будет равна:
P инд.  Pв.оц   сгор.   хим.  кольца  м.н.  неуч.  ,
(3.27)
где Рв.оц. – мощность ванны горячего оцинкования, Вт;
Рсгор. – мощность, выносимая из рабочей зоны ванны продуктами сгорания,
Вт;
Рхим. – мощность, теряемая в рабочей зоне ванны вследствие химической
неполноты сгорания газа, Вт;
Ркольца – мощность, теряемая в рабочей зоне кольца и поверхности над
кольцом, Вт;
Рм.н. – мощность, теряемая ванной оцинкования вследствие механической
неполноты сгорания топлива, Вт;
Рнеуч. – дополнительные (неучтенные) потери мощности, Вт;
P инд.  312990   58514  137,67  171,87  1263,47  71,31  252832  Вт .
3.2 Расчёт съёмной индукционной единицы
3.2.1 Особенности расчёта системы «примыкающий индуктор – стальной лист»
Все инженерные методики расчёта разрабатываются на основе проводимых
теоретических и экспериментальных исследований. Создаваемые способы
проектирования систем индукционного нагрева должны отвечать требованиям
высокой точности (погрешность расчёта не должна превышать 10 %), простоты и
наглядности.
86
В
настоящее
время
разработано
большое
количество
индукторов
разнообразной конфигурации, поэтому использовать единый способ расчета
нецелесообразно.
Все существующие методики определения основных параметров системы
«индуктор – загрузка» можно разделить на две группы [33,44,45,103]:
1) метод мощностей, основанный на определении активных и реактивных
мощностей на каждом участке системы и нахождении общей мощности индуктора;
2) методы расчета, основанные на замещении системы «индуктор - загрузка»
электрическими и магнитными схемами. Ко второй группе можно отнести:
- метод связанных контуров, основанный на замене индуктора и загрузки
двумя связанными катушками (или трансформатором). При этом нагреваемое
изделие заменяется вторичной обмоткой трансформатора, имеющей 1 виток и
замкнутой на сопротивление.
- метод расчета по общему потоку, заключающийся в замене нагруженного
индуктора на магнитную схему замещения и расчёте её основных параметров.
Любая инженерная методика позволяет рассчитать систему только в
определенном интервале значений исходных параметров (геометрических,
температурных). Ограничения, связанные с применением определённой методики,
обусловлены вводимыми при её разработке допущениями.
Для расчёта примыкающего индуктора наиболее подходящим является метод
мощностей [33]. Структурная схема расчета по методу мощностей приведена на
рисунке 3.2.
При расчёте системы «П-образный индуктор – стальной лист» методом
мощностей вводим следующие допущения [44]:
1) так как толщина нагреваемого индуктором слоя стального листа мала, то
изменением теплофизических свойств материалов можно пренебречь и считать ρ =
const, μ (T) = const;
87
Рисунок 3.2 – Структурная схема расчёта индуктора методом мощностей
2) принять в качестве расчетного режима работы примыкающего индуктора
стационарный режим (при котором нагреватель вышел на свою рабочую
характеристику), т.е. Pт.о. = const, P0 = const, Iи = const;
3) напряженность магнитного поля и температуру в толщине пластины,
равной
глубине
проникновения,
принять
постоянной
(ослабление
электромагнитного поля на отдельных участках системы «примыкающий индуктор
– стальной лист» принять равной 0)
4) при расчёте пренебречь влиянием крепежных шпилек индуктора.
В качестве исходных данных служат полезная мощность индуктора, идущая
на нагрев детали, а также электрофизические свойства системы в зависимости от
температуры
и
напряженности.
Целью
расчета
является
определение
геометрических параметров индуктора, а также числа витков. При расчёте
необходимо также учитывать длительность работы индукционного нагревателя и
максимально допустимую температуру.
88
3.2.2 Расчёт основных параметров системы «примыкающий индуктор - стальной
лист»
Исходные данные для расчета:
- мощность ванны оцинкования Pв.оц. = 252,832 кВт;
- тип нагревательного элемента – примыкающий индуктор.
На первом этапе необходимо определить количество индукторов, а также их
геометрические размеры. При определении этих параметров должны учитываться
следующие факторы:
- размеры ванны оцинкования должны превышать размеры индукционной
единицы;
- тепловые потери в индукторе при включенной системе охлаждения не
должны превышать допускаемые;
- габаритные размеры индуктора должны быть удобны при технической
эксплуатации установки;
- в аварийных режимах должна быть предусмотрена взаимозаменяемость
индукторов;
- должно быть предусмотрено разделение ванны на зоны и секционирование
по зонам для нагрева цинка до заданного значения температуры, а также
поддержание данной температуры на протяжении всего технологического цикла;
- количество нагревателей должно быть кратно 3 и равномерно разделено по
фазам для создания симметричной нагрузки на трехфазную питающую сеть.
Активная мощность P2и, выделяемая в загрузке одним примыкающим
индуктором, определяется по выражению:
P2и 
Pв.оц
,
mn
где Pв.оц. – электрическая мощность ванны оцинкования, кВт;
m – число фаз питающей сети;
n – количество нагревателей, установленных в одной фазе, шт;
89
(3.28)
P2и 
252,823
 21,069  кВт .
3 4
Для определения геометрических размеров П – образного индуктора
составим
эскиз
системы
«примыкающий
индуктор
–
стальной
лист»,
представленный на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Эскиз системы «примыкающий индуктор – стальной лист»:
1 – обмотка индуктора, 2 – магнитопровод, 3 – стальной лист (загрузка)
С учётом геометрических размеров ванны оцинкования принимаем
наружную длину магнитопровода индуктора равной l1н = 0,75 м. Так как
наибольшая концентрация источников электромагнитного поля наблюдается в
межполюсном пространстве индуктора [92], то длину нагреваемого участка
принимаем равной наружной длине магнитопровода нагревателя, т.е. l1 = l2 = 0,75
м. Внутреннюю длину магнитопровода принимаем равной l1вн = 0,6 м.
При выборе зазора между полюсом магнитопровода и нагреваемым изделием
δ3 необходимо учитывать, что при увеличении δ3 значительно уменьшаются
энергетические показатели системы в целом. Поэтому зазор принимается
минимальным, исходя из размеров выбранной тепловой изоляции. Принимаем δ3 =
0,005 м. Высоту магнитопровода примыкающего индуктора принимаем равной h =
0,2 м.
Размещение индукторов под ванной оцинкования приведено на рисунке 3.4.
90
Рисунок 3.4 – Схема размещения примыкающих индукторов под дном ванны
оцинкования
В процессе работы индуктор испытывает на себе вибрационные нагрузки,
которые могут привести к выходу из строя данного узла электрооборудования,
поэтому индуктор должен быть жестко закреплен. Крепление индуктора к ванне
оцинкования осуществляется сваркой (рис. 3.5).
Рисунок 3.5 – Крепление индуктора к ванне оцинкования:1 – обмотка индуктора,
2 – магнитопровод, 3 – дно ванны, 4 – упорная пластина, 5 – шпилька,
6 – регулировочная шайба, 7 – шайба – гровер, 8 – гайка
Расчёт
основных
параметров
системы
проводится
по
методике,
предложенной профессором Кувалдиным А.Б. [33, 42, 44, 104].
В данной методике принимаются следующие допущения:
- ток, индуцируемый электромагнитным полем в загрузке, течет по
поверхности, равной поверхности магнитопровода индукционного нагревателя;
- глубина проникновения принимается величиной постоянной, не зависящей
от температуры;
- для основных свойств материала загрузки принимаются усреднённые
значения.
91
Основные результаты расчёта системы «примыкающий индуктор – стальной
лист» сведены в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 – Результаты расчета примыкающего индуктора для нагрева ванны
оцинкования
Наименование параметра
Обозначение
Единицы
Значение
измерения
Основные электрические величины элементов системы
Удельная поверхностная мощность
Р0
кВт/м2
47,715
Глубина проникновения
Δф
м
0,0057
Магнитная напряжённость:
- на поверхности загрузки
Нст
А/м
2,74·104
- на поверхности индуктора
Ни
А/м
1,349·105
Мощность, выделяемая в индукторе:
- активная
P1
кВт
4,05
-реактивная
Q1
квар
4,05
Реактивная мощность, выделяемая в:
- загрузке
Q2
квар
7,926
- воздушном зазоре
Q3
квар
10,328
Основные параметры индукционной нагревательной единицы
Число витков
wи
о.е.
81
Коэффициент заполнения
kзап
о.е.
0,945
Магнитный поток
Ф
Вб
0,21
2
Сечение магнитопровода
Sст
м
0,02
Масса магнитопровода
Gст
кг
177
Потери в магнитопроводе:
-активные
P4
кВт
0,328
- реактивные
Q4
квар
1,462
Электрические и энергетические величины системы
Активная мощность системы
РΣ
кВт
25,447
Реактивная мощность системы
QΣ
квар
23,657
Полная мощность системы
SΣ
кВ·А
34,757
КПД (электрический)
ηэл
о.е.
0,828
Коэффициент мощности установки
cos φ
о.е.
0,732
Ток нагревательного элемента Δ/Y
Iин.
А
91,47/157,49
2
Сечение обмоточного провода
Sпр
мм
35,109
Расчёт компенсационных устройств
Фактический коэффициент реактивной
tg φ
о.е.
0,93
мощности
Мощность, подлежащая компенсации
Qп.к.
квар
183,2
Нескомпенсированная мощность
Qн.с.
квар
103,9
Коэффициент мощности
cos φ
о.е.
0,949
92
В качестве обмоточного провода применяем медный нагревостойкий провод
прямоугольного сечения марки ПНСДКТ с пропиткой нагревостойкими лаками
(250 – 500 0С). Для выбранного провода принимаем высоту витка 5,1 мм, ширину –
6,9 мм, ширина витка с изоляцией – 7,3 мм.
Магнитопровод индуктора выполняется из шихтованной стали, поэтому в
качестве материала для магнитопровода выбираем сталь электротехническую 2212.
3.2.3 Расчёт теплоизоляционного материала дна ванны оцинкования
Примыкающие индуктора применяются для низкотемпературного нагрева,
т.е. нагрева изделий до температур, не превышающих 700 0С. Несмотря на низкие
температуры мощность потерь со дна ванны оцинкования может достигать
больших
значений
и
весьма
существенна
в
общем
тепловом
балансе
проектируемой установки.
Применение теплоизоляционных материалов позволяет решить две задачи:
1) значительно уменьшить потери тепла с нагреваемой поверхности и тем
самым увеличить термический и общий КПД установки;
2) уберечь
нагревательные
элементы
от
сильного
перегрева
и
своевременного выхода из строя.
Расчёт теплоизоляции заключается в нахождения тепловой мощности,
теряемой с поверхности, и выборе соответствующего теплоизоляционного
материала.
При выборе толщины теплоизоляции необходимо учитывать следующие
факторы:
1) при
увеличении
толщины
теплоизоляционного
слоя
ухудшаются
энергетические показатели установки (электрический КПД и коэффициент
мощности);
2) при уменьшении толщины слоя теплоизоляции возрастают потери с
поверхности ванны и увеличивается нагрев индуктора.
Поэтому необходимо выбирать материал с низким коэффициентом
теплопроводности. Также при использовании теплоизоляционных материалов
93
необходимо учитывать, что они подвержены процессу старения (с течением
времени происходит уплотнение теплоизоляции), что приводит к потере свойств.
Для выполнения расчёта необходимо разбить ванну на две зоны: зона под
полюсом магнитопровода и зона межполюсного пространства. Выполним расчёт
тепловых потерь для каждой зоны по методике, приведённой в [42] (табл. 3.3).
Таблица 3.3 – Результаты расчета теплоизоляции дна ванны оцинкования
Наименование параметра
Обозначение
Значение
Рт.п.
Единицы
измерения
кВт
Мощность тепловых потерь дна ванны
Мощность тепловых потерь после
применения теплоизоляции:
- зона полюса
-зона межполюсного пространства
Удельные тепловые потери:
- зона полюса
-зона межполюсного пространства
РΣт.п.
Рт.п.1
Рт.п.2
кВт
кВт
кВт
2,751
0,113
2,618
руд.т.1
руд.т.2
кВт/м2
кВт/м2
0,277
0,533
136,47
В зонах под полюсами магнитопровода индуктора (зона 1) будем
использовать вакуумную теплоизоляцию с рабочей температурой 750 0С. Выбор
данной теплоизоляции обусловлен низким коэффициентом теплопроводности, что
позволит сохранить энергетические показатели системы (так как силовые линии
электромагнитного поля концентрируются в пространстве под полюсами).
Толщину вакуумной теплоизоляции δт принимаем равной минимальному зазору
между магнитопроводом индуктора и загрузкой δт1 = δ3 = 5 мм. В зонах
межполюсного пространства (зона 2) будем использовать маты из базальтового
штапельного
волокна
с
рабочей
температурой
700
0
С.
Толщина
теплоизоляционного слоя принимается равной δт2 = 30 мм (так как её толщина не
оказывает влияния на энергетические показатели установки). Применение
теплоизоляционных материалов позволило сократить тепловые потери со 136,47
кВт до 2,751 кВт.
Проведенное в программе ELCUT моделирование показало, что применение
теплоизоляции позволяет значительно уменьшить нагрев самого индуктора.
Результаты расчёта тепловой задачи приведены на рисунке 3.6.
94
Рисунок 3.6 – Картина распределения теплового поля в системе «примыкающий
индуктор – стальной лист» при применении теплоизоляционного материала
3.2.4 Моделирование процесса нагрева дна ванны оцинкования
Для проверки работоспособности рассчитанной системы она была
смоделирована в программном комплексе ELCUT. Так как программа ELCUT
позволяет решать задачи только в двумерной постановке, то был принят ряд
допущений:
1) из-за невозможности задания теплоизоляционного материала, перегрев
индуктора не учитывается;
2) цинк нагревается так же равномерно, как и дно ванны оцинкования за счёт
теплопередачи.
Картины распределения плотности тока (а) и температуры (б) по дну ванны
оцинкования приведены на рисунке 3.7.
Анализируя картину распределения температурного поля, приведённую на
рисунке 3.6, б, можно сделать вывод о том, что уже через 25 минут после
включения установки можно добиться равномерного нагрева по всей поверхности
дна ванны оцинкования (разница температур не превышает заданных 10 0С).
95
а)
б)
в)
г)
Рисунок 3.7 – Картины распределения плотности тока (а) и температуры (б) по
дну ванны оцинкования
Выводы по разделу:
1) в результате проведённого теплотехнического расчёта ванны оцинкования
было определено, что при замене пламенного способа нагрева на индукционный
мощность, потребляемая установкой уменьшается с 313 до 252,8 кВт, а КПД
возрастает с 27 до 51%, что говорит об эффективности использования
индукционных нагревателей;
2) в процессе расчёта системы нагрева ванны оцинкования было определено
оптимальное количество индукционных съёмных единиц – 12 шт, их мощность –
21,1 кВт, а также основные геометрические размеры и электрические величины;
3) моделирование процесса нагрева ванны оцинкования, проведённое в
программной среде ELCUT, показало, что при соблюдении условия а   2,8 4,2  b
перепад температур через 25 минут не превышает 10
0
С, что говорить о
равномерном распределении источников тепла;
4) для обеспечения равномерного нагрева и регулирования режимов работы
установки требуется разработать автоматизированную систему управления
нагревом ванны горячего оцинкования.
96
4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ ВАННЫ ГОРЯЧЕГО
ОЦИНКОВАНИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО
ОБОСНОВАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕШЕНИЯ
4.1 Рассмотрение существующих вариантов схем подключения примыкающих
индукторов к питающей сети промышленной частоты
Существующие установки низкотемпературного индукционного нагрева
весьма разнообразны по конструктивным особенностям, технологическому
процессу и уровню мощности (от 0,5 кВт до нескольких мегаватт). Питание
установок промышленной частоты осуществляется обычно от сети напряжением
220, 380 или 660 В и лишь мощные установки подключаются к высоковольтной
сети 6 и 10 кВ. На рисунке 4.1 приведены несколько вариантов схем подключения
примыкающих индукторов к питающей сети [44].
Рисунок 4.1 – Схемы подключения индуктора к сети: а – прямое; б – через
трансформатор; в – через регулируемую конденсаторную батарею; г – через
регулируемый под нагрузкой трансформатор и регулируемую конденсаторную
батарею; д – через переключатель «звезда – треугольник»; е – через
симметрирующее устройство
97
Если индукционная установка имеет небольшую установленную мощность
(несколько десятков кВт), относительно низкий коэффициент мощности (cos φ ≤
0,8 – 0,9), который не оказывает значительного влияния на параметры питающей
сети, то рекомендуется применять либо прямое подключение индуктора к сети
(рис. 4.1, а) или через согласующий или вольтодобавочный трансформатор (рис.
4.2, б). Данные схемы являются распространёнными, однако у них есть недостаток
– отсутствие в цепи индуктора конденсаторной батареи значительно увеличивает
расчетное значения сечения токопроводов. Включение через согласующий
трансформатор позволяет применять индуктор с небольшим количеством витков (в
отличие от прямого подключения). При включении в цепь согласующего
трансформатора появляется возможность регулирования напряжения на индукторе
в широком диапазоне в зависимости от подключения (встречного или согласного)
относительно
сетевого
напряжения
и
уменьшения
расчетного
сечения
токопроводов, соединяющих трансформатор с питающей сетью. Для уменьшения
реактивной составляющей в индукционных установках средней и большой
мощности применяются компенсирующие устройства (рис. 4.1, в и г). Данные
варианты
схем
подключения
рекомендуются
при
выполнении
условия
допустимости подключения к сети однофазной нагрузки индукторов со
значительными установленными мощностями. Самым распространенным является
вариант,
предусматривающий
непосредственное
подключение
катушки
индукторов в трехфазную сеть с возможностью переключения их по схеме «звезда»
– «треугольник» с целью регулировки потребляемой мощности (рис. 4.1, д).
Использование симметрирующего устройства (рис. 4.1, е) позволяет распределять
мощную однофазную нагрузку по трем фазам питающей сети равномерно. Для
установок большой мощности, подключаемых к трехфазной сети, принимают
специальные меры, исключающие или уменьшающие перенос мощности от одного
индуктора в другой за счет связи магнитных потоков, что приводит к
неравномерной загрузке трехфазной сети и к неравномерности нагрева загрузки. В
тех случаях, когда это возможно, индукторы, подключаемые к разным фазам,
должны устанавливаться достаточно далеко друг от друга. В случае, если
98
технологический процесс не позволяет установить индукторы на требуемое
расстояние (например, при обогреве корпусов химических реакторов), для
исключения взаимного влияния между ними используют ферромагнитные экраны
(пакеты
магнитопроводов)
или
электромагнитные
экраны
(сплошные
металлические элементы), в которых индуцируется ток. Для снижения переноса
мощности установленных в ряд индукторов применяется включение среднего
индуктора встречно, благодаря чему сдвиг по фазе токов соседних индукторов, а
следовательно, и магнитных потоков уменьшается на электрический угол со 120 до
60 0С. При этом снижается и перенос мощности, т.е. неравномерность загрузки фаз.
4.2 Выбор технических средств системы управления.
Выбор
технических
средств
системы
управления
(первичных
преобразователей, исполнительных механизмов и управляющих устройств)
обусловлен
требованиями,
предъявляемыми
к
разрабатываемой
системе
управления, и может изменяться в зависимости от специфики работы линии, а
также технического задания. В данной выпускной работе рассмотрена система
управления нагревом ванны оцинкования. Данная система может внедряться в уже
существующие линии, не изменяя структуры остальной части системы управления.
В
разрабатываемой
системе
первичными
преобразователями
будут
выступать датчики температуры и датчик уровня. При выборе датчиков
необходимо учитывать возможность их работы в химически агрессивных средах, а
также температурный диапазон.
В качестве первичных преобразователей температуры выбираем датчики
типа TTSC-42, предназначенные для работы в расплавах металлов [105]. Датчик
состоит из измерительного зонда, защищенного корпусом и гильзой. Данный тип
термопар имеет Г – образное исполнение, позволяющее отвести рабочую головку,
имеющую меньшую допускаемую температуру из зоны наибольшего нагрева.
Основные
технические
характеристики
приведены в таблице 4.1.
99
выбранного
преобразователя
Таблица 4.1 – Технические характеристики датчика температуры типа TTSC
Параметр
Номинальное питающее напряжение, В
Диапазон допустимого питающего напряжения, В
Максимальная мощность потребления, Вт
Защита от обратной полярности Uпит.
Диапазон выходного тока, мА
Выходной сигнал при аварии, мА
Зависимость тока от температуры
Диапазон преобразования температур, 0С
Рабочая температура головки, 0С
Время установления рабочего режима, c
Способ контакта с измеряемой средой
Степень защиты
Значение
24
10…36
0,8
+
4…20
23
Линейная
0…1300
0…500
< 20 с
Погружаемый
IP65 (взрывозащита)
В качестве датчиков уровня выбираем 2 датчика типа LLT-MS HT. Один из
датчиков будет контролировать уровень расплава, второй – целостность дна ванны
(отсутствие утечек). Технические характеристики магнитострикционного датчика
LLT-MS HT приведены в таблице 4.2 [106].
Таблица 4.2 – Технические характеристики магнитострикционного датчика LLTMS HT
Параметр
1
Количество уровней сигнализации
Максимальная мощность коммутации Рmax, Вт
Максимальный ток коммутации Ik.max, А
Максимальное коммутируемое напряжение Uk.max, В
Количество срабатываний при Uk = 24 В и Ik = 0,25 А
Максимальное входное напряжение Uвх.max, В
Максимальный входной ток Iвх.max, мА
Диапазон измеряемой температуры, 0С
Максимальная длина рабочей частиL, м
Состояние контактов
Материал рабочей поверхности датчика
Степень защиты
100
Значение
2
1
10
0,5
180
1х100
40
90
от -50 до +500
2500
Нормально разомкнутые
Сталь 12Х18Н10Т
IP68
Для питания контроллера, датчиков и цепей управления выбираем блок
питания S8JX-G10024CD фирмы «Omron», основные параметры которого
приведены в таблице 4.3 [107].
Таблица 4.3 – Технические характеристики блока питания S8JX-G10024CD
Параметр
Входное напряжение переменного тока, В
Частота входного сигнала, Гц
Входной ток при U = 220/ 110 B, А
Максимальный пусковой ток, А
Коэффициент мощности при номинальной нагрузке, %
КПД при номинальной нагрузке, %
Номинальное выходное напряжение, В
Номинальный выходной ток (Iнагр. ном), А
Время пуска, мкс
Значение
85 … 264
47…450
0,8/1,4
40
0,95
не менее 76
24
4,5
500
Для контроля и регулирования температуры в зонах нагрева ванны
оцинкования применяем терморегуляторы E5CB – R1TC [108]. Основные
параметры терморегулятора E5CB-R1TC приведены в таблице 4.4.
Таблица 4.4 – Технические характеристики терморегулятора E5CB
Параметр
Напряжение питания, В
Диапазон рабочего напряжения, %
Вход датчика
Управляющий выход
Выход сигнализации
Метод регулирования
Потребляемая мощность
Значение
100 - 240 VAC 50/60 Гц
85…100
термопара
SPST-NO, 250 VAC, 3А
SPST-NO, 250 VAC, 1 A
дискретный
3,5 В·А (100 - 240 VAC)
3,5 В·А (24 VAC)
2,5 Вт (24 VDC)
При выборе контроллера руководствуются количеством входящих сигналов
(аналоговых и дискретных), количеством выходных сигналов управления с учётом
возможности дополнительного расширения системы, а также резерва.
101
Входные клеммы (11): кнопка «Пуск» (SB1); кнопка «Стоп» (SB2); цепи
управления (К10); датчики уровня (SQ1-SQ2); контроль температуры (А1.1-А3.2).
Выходные клеммы (19): включение/отключение установки нагрева (К1);
управление нагревателями каждой зоны (К1.1-К3.2); управляющие сигналы в
системы управления батареями конденсаторов (КБ1.1-КБ2.3); включение/
отключение вентилятора (К4); включение насоса откачки цинка (К5); индикация
включения нагревателей (HL6); световая колонка (К6-К7); индикация об
уменьшении уровня цинка (HL7).
В качестве управляющего контроллера выбираем контроллер типа СР1EN60DT-D фирмы Omron.
Основные
технические
характеристики
контроллера
СР1E-N60DT-D
приведены в таблице 4.5 [109].
Таблица 4.5 – Технические характеристики контроллера типа СР1E-N60DT-D
Параметр
Номинальное питающее напряжение, В
Частота, Гц
Количество входов
Тип входа
Количество выходов
Тип выхода
Максимальное количество модулей
Порт связи с ПЛК
Время выполнения команд
Объём памяти, кБайт
Значение
20,4…26,4
50
36
цифровой
24
транзистор с общим стоком
3
RS-232C
1,1 мкс
52
Резервные клеммы могут использоваться для внешних сигналов из системы
управления линией горячего оцинкования (датчиков наличия проволоки на
размоточном агрегате, преобразователей частоты двигателей намоточного стана,
датчиков концентрации CO2 в воздухе и т.д.). Окончательно программа
отстраивается на месте с учетом особенностей и требований, предъявляемых к
системе управления.
102
В качестве коммутирующих устройств вспомогательных цепей будем
использовать электромагнитные реле типа G2R-1-SN 230 VAC или G2R-1-SN DC
24 V в зависимости от питающего напряжения [110]. Основные параметры двух
типов электромагнитных реле приведены в таблице 4.6.
Таблица 4.6 – Технические характеристики электромагнитного реле типа G2R-1SN
Параметр
Тип реле
Контакты
Питающее напряжение обмотки, В
Нагрузка контакта:
AC/DC
Максимальный коммутируемый ток, А
Максимальное коммутируемое напряжение, В:
AC/DС
Максимальное сопротивление обмотки, кОм
Время срабатывания, мс
Время отпускания, мс
Мощность, потребляемая обмоткой, мВА
Коммутируемая мощность, ВА
Ток обмотки, мА
Значение
G2R-1-SN
G2R-1-SN
230 VAC
DC 24 V
электромагнитное
SPDT
230
24
10 A/ 230 B; 10 A/ 30 B
10
380/125
22
15
10
900
2500
4,7
Для компенсации возникающей в сети при применении примыкающих
индукторов
реактивной
мощности
выбираем
две
батареи
статических
конденсаторов типа АУКРМ по 90 квар каждая [111]. Выбор данного типа
конденсаторных батарей обусловлен применяемым в системе управления
количеством ступеней регулирования. Основные параметры батареи статических
конденсаторов АУКРМ 0,4 – 90 приведены в таблице 4.7.
103
Таблица 4.7 – Технические характеристики батареи статических конденсаторов
АУКРМ 0,4 - 90
Параметр
Тип питающей сети
Рабочий диапазон питающего напряжения, В
Предельный диапазон питающего напряжения, В
Частота витающего напряжения, Гц
Номинальная мощность, квар
Коэффициент мощности
Диапазон системы регулирования, %
Тип регулирования
Количество ступеней регулирования
Шаг одной ступени регулирования, квар
Быстродействие системы регулирования, сек
Номинальный ток батареи, А
Ток для выбора коммутационной аппаратуры, А
Тип осуществления регулирования
Степень защиты
Блокировка дверей шкафа
К
коммутационной
аппаратуре
относятся
Значение
Трехфазная
320 - 420
300 - 440
50 ± 2,5 %
90
0,85 – 0,98
0 - 100
Дискретный
3
30
30
115
150
автоматическое;
ручное
IP31
+
магнитные
пускатели
и
автоматические выключатели, предназначенные для защиты основных элементов
системы индукционного нагрева.
Осуществим выбор коммутационной аппаратуры для индукционных
нагревателей. Согласно разрабатываемой системе управления индукционные
нагреватели разбиваются на группы по два индуктора.
Выбор магнитных пускателей и автоматических выключателей должен
осуществляться с учётом режима, при котором через индукционные нагреватели
протекает наибольшее значение тока.
Произведем выбор автоматических выключателей (таблица 4.8) и магнитных
пускателей (таблица 4.9).
104
Таблица 4.8 – Технические характеристики автоматических выключателей
Параметр
Тип выключателя
Номинальный рабочий ток, А
Номинальное питающее напряжение, В
Номинальная отключающая способность, кА
Предельная коммутационная способность, кА
Общее количество полюсов
Класс токоограничения
Категория перенапряжения
Значение
ВА52-41
ВА08-0403
1000
160
380
2,5±5 %
50,5
25
3
3
3
Таблица 4.9 – Технические характеристики магнитных пускателей
Параметр
Тип пускателя
Значение
DILM650/22 LC2F ПМ-12
Номинальное рабочее напряжение, В
660
Номинальный ток контактов цепи, А
Номинальное напряжение контактов
вспомогательной цепи, В
Номинальное напряжение питания
катушки, В
650
ПМ -12
400
350
150
660
10
400
220
24
В качестве измерительной аппаратуры в системе управления используются
вольтметры, амперметры, ваттметры и фазометры, основные параметры которых
приведены в таблице 4.10.
Таблица 4.10 – Технические параметры измерительной аппаратуры
Наименова- Uном, Диапазон
ние и тип
В измерения
прибора
1
2
3
Амперметр
0 – 1000 А
аналоговый
Э47
Способ
подключения
4
через
трансформатор
тока с I2 = 5 А
105
Потребляемая
мощность,
В·А
5
0,5
Класс
точности
6
1,5
1
Вольтметр
аналоговый
Э47
Ваттметр
цифровой
ЩВ02
Фазометр
измерительный ФА39
2
400
3
4
5
6
0 – 400 В
непосредственно
3
1,5
-
через
измерительные
трансформаторы
через
измерительные
трансформаторы
10
0,5
8
0,5
0-1
После выбора измерительной аппаратуры необходимо провести выбор
трансформаторов тока и напряжения для питания измерительных цепей.
Трансформаторы
тока,
предназначенные
для
питания
амперметров,
ваттметров и фазометров, выбираются по рабочему напряжению, току,
конструкции и классу точности. В качестве измерительных трансформаторов
выбираем трансформаторы тока типа ТШП – 0,66 [112], технические
характеристики которых приведены в таблице 4.11.
Таблица 4.11 – Технические характеристики трансформаторов тока типа ТШП-0,66
Тип
трансформатора
ТШП-0,66
Вторичная
нагрузка, В·А
20
Трансформаторы
напряжения,
I1ном, А
I2ном, А
1000
5
предназначенные
для
Класс
точности
0,5
преобразования
напряжения до величины, удобной до измерения, выбираются по напряжению,
вторичной нагрузке и классу точности. С учётом суммарной мощности
потребления выбираем трансформатор напряжения ОСО – 0,25 [113], технические
характеристики которого приведены в таблице 4.12.
Таблица 4.12 – Технические характеристики трансформатора напряжения типа
ОСО – 0,25
Тип трансформатора
U1ном, В
U2ном, В
S, кВ·А
η, %
ОСО – 0,25
380
110
0,25
87,2
106
4.3 Проектирование принципиальной электрической схемы установки
индукционного нагрева ванны оцинкования
Силовая электрическая схема индукционного нагрева ванны оцинкования
представлена на рисунке 4.2.
Питание в шкаф управления системой нагрева ванны горячего оцинкования
осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В посредством
включения автоматического выключателя FS. Светодиодные индикаторы HL1 –
HL3 сигнализируют о наличии выходного напряжения на каждой фазе. Для
осуществления контроля уровня выходного напряжения в каждой фазе
установлены вольтметры V1 – V3. Кроме вольтметров в качестве измерительной
аппаратуры используются амперметры, ваттметры и фазометры, подключенные к
каждой фазе. Токовые обмотки амперметра, ваттметра и фазометра подключены
через трансформаторы тока ТТ1 – ТТ3. Потенциальные обмотки ваттметра и
фазометра подключены через трансформаторы напряжения ТН1 – ТН3.
Подача сетевого напряжения на питающие клеммы индукционных
нагревателей И1 – И12 осуществляется с помощью автоматического выключателя
FM1, в шкафы батарей статических конденсаторов – FM4.1 – FM4.2, на клеммы
насоса откачки и вентилятора – FM2 и FM3 соответственно. Контакт К1 подает
питание на КМ1, подключая нагреватели к сети. Через контакты К2 и К3
производится выбор схемы подключения индукторов («треугольник» - КМ2 или
«звезда» - КМ3). Одновременно с этим загорается один из светодиодных
индикаторов HL4 – HL5, сигнализируя о выбранном типе схемы. Нормально
замкнутые контакты КМ2 и КМ3 обеспечивают блокировку от возможного
одновременного включения пускателей КМ2 и КМ3.
Контакты К1.1 – К3.1, замыкаясь, подают питание на соответствующий
пускатель КМ1.1 – КМ3.1, обеспечивая включение определенной группы
индукторов (зонный нагрев).
Контакт К4, замыкаясь, подает питание на КМ5, обеспечивая включение
вентилятора приточно - вытяжной системы. Без включения вентилятора М2
107
108
Рисунок 4.2 – Силовая электрическая схема установки индукционного нагрева ванны горячего оцинкования
невозможно включение индукционной нагревательной системы. В случае пробоя
ванны (быстрая потеря уровня цинка) контакт К5 подает питание на пускатель
КМ4.1, обеспечивая откачку цинка в резервную ванну.
Автомат F1 предназначен для обслуживания ванны (очистка от гартцинка,
планово – предупредительный ремонт и т.д.). При этом все остальные автоматы
(кроме FM4.1 и FM4.2) переводятся в режим «выключено». После включения F1
при нажатии кнопки SB4.1 подается питание на катушку пускателя КМ4.1,
обеспечивая откачку ванны из цинка (кнопка SB4.2 предназначена для
отключения). После проведения ППР нажатием кнопки SB4.3 подается питание на
пускатель КМ4.2, обеспечивая обратную подачу цинка. Нормально замкнутые
контакты КМ4.1 и КМ4.2 служат для обеспечения блокировки одновременного
включения соответствующих пускателей.
Схема
управления
индукционным
нагревом
ванны
оцинкования
и
сигнализации приведена на рисунке 4.3.
Пуск
системы
управления
нагревом
ванны
горячего
оцинкования
осуществляется посредством включения кнопки SB3 («Цепи управления
включить»), которая, замыкая свой нормально разомкнутый контакт, подаёт
питание на пускатель К8. Пускатель К8, замыкая свои контакты, подаёт сигнал на
контроллер А2 о готовности к включению системы управления нагревом ванны
оцинкования. Одновременно подается сигнал на терморегуляторы А1.1 – А.3.2, а
также на лампу HL11 (индикация цепей управления).
При нажатии кнопки SB1 («Пуск») подаётся на контроллер А2. Контроллер
выдаёт сигналы на включение вентилятора (реле К4), общего пускателя
нагревательных элементов (реле К1), нагревателей отдельных групп (реле К1.1 –
К3.1), а также на реле К6 световой колонки А3, которая сигнализирует о
нормальной работе установки. Светодиодный индикатор HL6 сигнализирует о
включении нагревателей.
Одновременно с этим подаются сигналы с контроллера на установку
статических конденсаторных батарей КБ1 и КБ2 для включения всех ступеней
регулирования.
109
110
Рисунок 4.3 – Схема управления индукционным нагревом ванны горячего оцинкования
По достижении температуры нагрева в любой из зон, контролируемой
термопарами В1.1 – В3.2, с терморегулятора данной зоны (А1.1 – А3.2) подается
сигнал на контроллер, который отключает нагреватели соответствующей зоны, а
также одну ступень конденсаторных батарей.
Когда температура падает ниже установленной, терморегулятор, размыкая
контакт, снимает питание с соответствующей клеммы контроллера и происходит
включение нагревателей данной зоны, а также ступени конденсаторной батареи.
Датчик уровня SQ1 служит для контроля уровня цинка в ванне. При падении
уровня ниже определенного значения загорается светодиодный индикатор HL7,
сигнализирующий о необходимости загрузки чушек цинка в ванну.
Датчик уровня SQ2 служит для контроля целостности дна ванны. При резкой
потере уровня цинка происходит включение насоса откачки (реле К5), а также
сигнализации и сирены (реле К7), оповещающих о создании аварийной ситуации.
При этом прочие исполнительные механизмы отключаются.
При нажатии кнопки SB2 происходит отключение установки (механизмы
переходят в исходное состояние). Кнопкой SB4 происходит отключение цепей
управления. В системе управления предусмотрено 2 кнопки аварийного стопа: SB6
(«Аварийный стоп на линии») и SB5 («Аварийный стоп на шкафу управления»).
При нажатии любой из двух кнопок снимается напряжение с пускателя цепей
управления К8, а также подается питание на сирену А4 и А5 (сигнализирует об
аварийной ситуации) и загорается соответствующая светодиодная лампа HL8 или
HL9 и HL10.
Переключатель ST1 служит для выбора схемы подключения индукционный
нагревателей («треугольник» - реле К2 или «звезда» - реле К3).
Блок питания А1 предназначен для питания цепей управления, контроллера,
а также сигнализации.
Для защиты отдельных блоков в схеме предусмотрены автоматические
выключатели: F2 – для защиты блока питания, F3 – цепей управления, F4 –
контроллера, F5 – F6 – контроллеров системы управления батареями статических
конденсаторов, F1.1 – F3.2 – терморегуляторов.
111
4.4 Техника безопасности при эксплуатации индукционных нагревателей
Эксплуатация
и
обслуживание
системы
индукционного
нагрева
«примыкающий индуктор – ванна оцинкования» должно осуществляться в
соответствии
с
электроустановок
утвержденными
потребителей
правилами
[114],
технической
правилами
по
охране
эксплуатации
труда при
эксплуатации электроустановок [115], а также правилами по технике безопасности,
утверждёнными на предприятии. Для установки должна быть разработана
инструкция по эксплуатации с учётом технологической карты работы линии
горячего оцинкования. Обслуживающий персонал, допускаемый к работе на
установке, должен быть хорошо ознакомлен с её устройством и спецификой работы
и пройти производственное обучение.
С учётом специфики работы примыкающих индукторов для нагрева ванн
оцинкования можно выделить следующие положения:
- в цепи питающего напряжения установки индукционного нагрева должен
быть обеспечен видимый разрыв, для чего необходимо установить автоматический
выключатель или рубильник;
-двери шкафа батареи статических конденсаторов АУКРМ должны быть
снабжены блокировочными контактами, производящими отключение установки
при их открывании;
- конденсаторная батарея должна иметь специальное разрядное устройство
(или в схеме должен быть предусмотрен разряд статических конденсаторов через
индуктора);
- обслуживающий персонал должен снабжаться защитными средствами
(рукавицы, фартук и т.д.) во избежании получения термического ожога при работе
с горячими изделиями.
При проектировке индукционных нагревателей необходимо учитывать их
работы в среде с химически активными веществами. Перед приёмкой установки в
эксплуатацию должны быть проведены пробный пуск и горячее испытание
установки с занесением основных параметров в журнал.
112
В соответствии с местными инструкциями в утверждённые сроки должны
проводиться:
- измерение нагрева шин и контактных соединений (не менее одного раза в
год в летнее время);
- измерение сопротивления изоляции токоведущих элементов (должно
проводиться при включении установки после проведения ремонтных работ);
- контроль жесткого крепления индукторов к дну ванны оцинкования (не
менее одного раза в год);
- контроль химического состава расплава (один раз в смену);
- контроль уровня гартцинка в ванне (один раз в неделю);
- контроль степени равномерности нагрева ванны и ее целостности (один раз
в месяц);
- отсутствие пыли на частях установки, приводящей к перегреву (один раз в
месяц);
- чистоту контактов коммутационной аппаратуры с большим числом
включений;
- надежность и целостность заземления установки;
- безотказность работы устройств блокировки, обеспечивающих защиту
персонала от термического или электрического воздействия.
Согласно установленного графика должны проводиться планово
–
предупредительные ремонты. Перед проведением ППР установка должна быть
обесточена и заземлена, а также вывешены соответствующие плакаты. При очистке
ванны от гартцинка требуется произвести проверку целостности ванны (отсутствие
трещин), а также замерить толщину стенок и дна. Результаты проводимых
измерений должны заноситься в журнал.
4.5 Технико – экономическое обоснование замены пламенного способа нагрева
ванны оцинкования на индукционный
Технико – экономическое обоснование является документом, позволяющим
определить степень эффективности применения данного технического решения
113
[116]. Основной задачей при составлении данного документа является оценивание
расходов, возникающих при рассматриваемых вариантах, и срока окупаемости от
разрабатываемого технического проекта, а также результатов от нововведений.
ТЭО состоит из двух аспектов: технического и экономического. В
технической части рассматриваются проблемы, возникающие при работе
существующей установки, и предлагается возможное техническое решение.
В экономической части производится оценка эффективности от внедрения
нововведений и рассчитывается срок окупаемости.
Выполним технико – экономическое обоснование проекта по замене
пламенного способа нагрева ванны горячего оцинкования на индукционный.
К техническим аспектам можно отнести следующие:
- прогар дна ванны, вызывающий выход из строя линии оцинкования;
- закоксовываемость сопла горелки при длительном времени работы и, как
следствие, нестабильность горения;
- выход из строя механизма заслонки сопла горелки;
- повышенное образование гартцинка в процессе нагрева;
- неравномерное распределение температуры по сечению ванны, что
приводит к локальным перегревам и трещинам;
-
неоднородное
сцепление
расплава
с
проволокой
вследствие
неравномерного нагрева;
- большие потери с дна ванны горячего оцинкования вследствие
несовершенства процесса нагрева;
- ухудшение условий труда из-за повышенной концентрации углекислого
газа в атмосфере.
К экономическим аспектам относится оценка расходов при разных способах
нагрева (монтажные, накладные, эксплуатационные издержки и т.д.) и определение
срока окупаемости системы индукционного нагрева ванны оцинкования.
Описание технической части рассмотрено более подробно в главе 1, поэтому
остановимся на расчёте экономической составляющей по методике, приведённой в
[117].
114
На
первом
этапе
производится
расчёт
экономических
показателей
существующего способа нагрева ванны горячего оцинкования – пламенного.
Исходные данные для расчёта пламенного (газового) способа нагрева
приведены в таблице 4.13.
Таблица 4.13 – Стоимость оборудования для пламенного (газового) способа
нагрева
Наименование оборудования
Стальная ванна
Газовая горелка ГНП – 2
Горелочные камни блоки ГНП
Количество, шт.
1
3
3
Стоимость за 1 шт., руб.
4500000
45000
36900
Капитальные вложения относятся к единовременным затратам, связанным с
модернизацией
(или
ремонтом)
существующих
систем,
и
отличаются
значительными денежными расходами.
Капитальные вложения при ремонте (модернизации) установки горячего
оцинкования вычисляется по формуле [116]:
ККВ  КОЦ  КМР  КНР  КПН ,
(4.1)
где КОЦ – оптовая цена вводимого в эксплуатацию оборудования, руб.;
КМР – расходы, связанные с проведением монтажных работ, руб.;
КНР – расходы, связанные с обслуживанием и управлением производством
(накладные), руб.;
КПН – расходы, связанные с переподготовкой кадров для работы на
нововведённой установке, возмещением ущербов зданиям и сооружениям,
отчислениями в фонды стимулирования и т.д. (плановые накопления), руб.
Оптовая цена по исходному варианту (пламенный нагрев) состоит из
стоимости стальной ванны, трех газовых горелок типа ГНП-2 и трех комплектов
горелочных камней блоков ГНП для расположения горелок в полости футеровки
ванны:
КОЦ  4500000  3  45000  3  36900  4745700  руб..
115
Расходы, связанные с проведением монтажных работ, принимаются равными
20% от оптовой стоимости вводимого в эксплуатацию оборудования [117]:
КМР  0,2  4745700  949140 руб..
Расходы, связанные с обслуживанием и управлением производством,
принимаются равными 12% от оптовой стоимости вводимого в эксплуатацию
оборудования [117]:
КНР  0,12  4745700  569484 руб..
Плановые накопления, идущие на переподготовку кадров, отчисления в
фонды стимулирования и т.д., принимаются равными 8% от оптовой стоимости
вводимого в эксплуатацию оборудования [117]:
К ПН  0,08  4745700  379656 руб..
Подставив полученные значения в формулу (4.9), определим стоимость
годовых капитальных вложений, возникающих при применении пламенного
способа нагрева:
ККВ  4745700  949140  569484  379656  6643980 руб..
Затраты, возникающие в процессе эксплуатации и обслуживания ванны
горячего оцинкования, вычисляются по формуле [117]:
Иэ  ИЗП  ИАО  ИТО  ИСЭР  ИП ,
(4.2)
где ИЗП – заработная плата персонала, обслуживающего линию горячего
оцинкования, руб.;
ИАО – отчисления на амортизацию, позволяющие компенсировать износ
оборудования, руб.;
ИТО
–
затраты,
связанные
с
текущим
ремонтом
и
техническим
обслуживанием ванны горячего оцинкования, руб.;
ИСЭР – затраты на расходуемый установкой энергоресурс (газ), руб.;
ИП – прочие (неучтённые) затраты, руб.
116
Заработная плата персонала, обслуживающего линию горячего оцинкования,
определяется по выражению [117]:
ИЗП  С  Фр  К д  К доп  Kотч  Р  N,
(4.3)
где С – текущая часовая тарифная ставка (ЧТС), установленная с учётом
фонда по оплате труда, руб.;
Фр – годовой фонд рабочего времени обслуживающего персонала, ч;
Кд – коэффициент, учитывающий доплаты (премиальные), Кд=1,5 [117];
Кдоп – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, Кдоп
= 1,12;
Котч – коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды, Котч =
1,26;
Р – количество человек, обслуживающих линию горячего оцинкования, в
течении одной смены, чел.;
N – количество смен, шт.
Согласно [118] ЧТС на первый квартал 2017 г. при 40 – часовой рабочей
неделе для электромонтера 6 – го разряда по наладке, обслуживанию и ремонту
цехового электрооборудования составляет 190,97 руб. На обслуживание и ремонт
стана горячего оцинкования электротехнический персонал тратит в год в среднем
390 часов. Установку горячего оцинкования обслуживают 7 человек.
Таким образом, часть заработной платы персонала за обслуживание линии
горячего оцинкования будет равна:
ИЗП  190,97  390 1,5 1,12 1,26  7  1103589,66 руб..
Годовые отчисления на амортизацию для линии горячего оцинкования
вычисляются по формуле:
И АО 
К КВ  Н АО%
,
100
(4.4)
где НАО% – нормированное значение денежных отчислению на амортизацию,
НА = 9% [117];
117
И АО 
6643980  9
 597958,2  руб..
100
Затраты, связанные с текущим ремонтом и обслуживанием установки
горячего оцинкования, определяются по выражению:
ИТО 
К КВ  НТР %
,
100
(4.5)
где НТР% - нормированное значение отчислений, связанных с текущим
ремонтом и обслуживанием установки, НТР% = 12,5 % [117];
ИТО 
6643980 12,5
 830497,5  руб..
100
Стоимость газа, расходуемого ванной в течении года, вычисляется по
формуле:
ИСЭР  Wг  Цг ,
(4.6)
где Wг – годовой расход газа ванной оцинкования, м3;
Цг – стоимость 1 м3 газа, (на июль 2017 г. с учетом транспортных и
снабженческо–бытовых услуг по Орловской области составила 6,5 руб.), руб.
Годовой расход газа вычисляется по формуле:
Wг  Qг  Tг ,
(4.7)
м3
где Qг – расход газа ванной оцинкования,
;
ч
Тг – количество часов работы стана оцинкования в год, ч.
Так как данная установка является непрерывной линией, перерыв в работе
которой приводит к выпуску бракованной продукции, то рабочее число часов Т г =
8760 ч.
Wг  80  8760  700800 м3  .
Стоимость газа, потребляемая участком оцинкования, будет равна:
ИСЭР  700800  6,5  4555200 руб..
118
Прочие (неучтённые) затраты, возникающие при эксплуатации ванны
горячего оцинкования, определяются по выражению:
ИП 
К пр   И ЗП  И АО  ИТО  ИСЭР 
100
,
(4.8)
где Кпр – коэффициент, учитывающий процент прочих затрат в общем объёме
расходов, Кпр = 5 [117];
ИП 
5  1103589,66  597958,2  830497,5  4555200 
 354362,27  руб..
100
Подставив
полученные
значения
в
формулу
(4.2),
определим
эксплуатационные издержки при применении пламенного способа нагрева:
Иэ  1103589,66  597958,2  830497,5  4555200  354362,27  7441607,63  руб..
На
втором
этапе
производится
расчёт
экономических
показателей
предлагаемого способа нагрева ванны горячего оцинкования – индукционного с
применением П – образных индукторов. Исходные данные для расчёта
индукционного способа нагрева приведены в таблице 4.14.
Таблица 4.14 – Стоимость оборудования для индукционного способа нагрева
Наименование оборудования
1
Индуктор
Конденсаторная батарея
Датчики TTSC-42
Датчик LLT-MS HT
Блок питания S8JX-G10024CD
Терморегуляторы E5CB–R1TC
Контроллер СР1E-N60DT-D
Реле G2R-1-SN 230 VAC
Реле G2R-1-SN DC 24 V
Автоматические выключатели
ВА52-41
ВА08-0403
АВВ 4А 1п
Количество, шт.
2
12
2
6
2
1
6
1
2
11
Стоимость за 1 шт, руб.
3
54500
42100
1765
1135
2800
3960
43890
440
300
1
2
3
29900
2200
490
119
1
АВВ 6А 2п
Магнитные пускатели
DILM650/22
LC1F
ПМ12 (160 А)
ПМ12 (10А)
Измерительная аппаратура
Вольтметр Э47
Амперметр Э47
Фазометр ФА39
Ваттметр ЩВ02
Трансформатор тока ТПШ-0,66
Трансформатор напряжения ОСО
2
9
3
935
3
6
2
1
87386
46108
4760
109
3
3
3
3
3
3
831
851
760
6098
1440
1210
Расчёт экономических показателей индукционного способа нагрева ванны
горячего оцинкования производится по рассмотренной ранее методике. Результаты
расчёта приведены в таблице 4.15.
На последнем этапе проводится оценка эффективности от внедрения нового
технического решения. При замене пламенного способа на индукционный годовая
экономия будет определяться по следующей формуле [119]:
Гэк  Иэ.б.  Идоп.  Иэ.и ,
(4.9)
где Идоп. – дополнительные издержки, связанные с прогаром дна и потерей 9
тонн цинка, руб.
Дополнительные издержки, возникающие при пламенном способе нагрева
будут определяться стоимостью ванны оцинкования и 9 тонн цинка:
Идоп.  Цванны  n  Ццинка ,
(4.10)
где Цванны – стоимость ванны оцинкования, руб.;
Ццинка – стоимость 1 тонны цинка, руб. (стоимость 1 кг цинка – 148 руб.);
n – количество тонн цинка, загружаемого в ванну оцинкования;
Идоп.  4500000  9 148000  5832000 руб.;
120
Гэк  7441607,6  5832000  12446058  827549,6 руб..
Срок окупаемости при замене пламенного способа нагрева на индукционный
определяется по формуле:
Tок 
Tок 
КВ
;
Г эк
(4.11)
2032631
 2,5  года .
827549,6
Фактический коэффициент эффективности замены пламенного нагрева на
индукционный вычисляется по выражению [119]:
Eф 
Eф 
1
;
Tок
(4.12)
1
 0,4.
2,5
Так как фактический коэффициент эффективности получился больше
нормативного (Ен = 0,33), то внедрение индукционного нагрева является
целесообразным и эффективным техническим решением.
Результаты сравнения двух способов нагрева представлены на рисунке 4.4 и
сведены в таблицу 4.15.
Таблица 4.15 – Результаты технико – экономического сравнения пламенного и
индукционного способа нагрева
Технико – экономические
показатели сравниваемых
технических решений
1
Капитальные вложения
- оптовая цена оборудования
- монтажные расходы
- накладные расходы
- плановые накопления
Единица
измерения
2
руб.
руб.
руб.
руб.
руб.
121
Способ нагрева
Пламенный Индукционный
3
6643980
4745700
949140
569484
379656
4
2032632
1451880
290376
174225,6
116150,4
1
Эксплуатационные издержки
- заработная плата
обслуживающего персонала
- амортизационные отчисления
- затраты на текущий ремонт
- стоимость газа/ электрической
энергии
- прочие затраты
Дополнительные издержки
Годовая экономия
Срок окупаемости
Коэффициент экономической
эффективности
2
руб.
руб.
3
7441607,6
1103589,7
4
12446058
1273372,7
руб.
руб.
руб.
597958,2
830497,5
4555200
182936,9
254079
10143000
руб.
руб.
руб.
лет
о.е.
354362,3
5832000
-
592669,4
827549,6
2,5
0,4
14000000
12000000
10000000
8000000
6000000
4000000
2000000
0
Капитальные
вложения
Эксплуатационные
издержки
1 - Пламенный способ нагрев
Дополнительные
издержки
Годовая экономия
2 - Индукционный способ нагрев
Рисунок 4.4 – Гистограмма основных результатов технико – экономического
сравнения пламенного способа нагрева с индукционным
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что несмотря на
значительные эксплуатационные издержки, возникающие при использовании
индукционного
способа
нагрева,
при
122
данном
способе
не
возникает
дополнительных издержек, связанных с прогаром ванны оцинкования и потерей 9
тонн цинка. Годовая экономия при использовании индукционного способа нагрева
составляет
827549,6
руб.,
срок окупаемости
–
2,5
года,
коэффициент
экономической эффективности – 0,4, что говорит о выгодности предложенного
способа нагрева.
Выводы по разделу
1) произведён выбор технических средств системы управления нагревом
ванны горячего оцинкования;
2) разработаны силовая и схема управления системой нагрева ванной
оцинкования, обеспечивающие контроль и управление основными параметрами
системы;
3) в результате технико – экономического сравнения было определено, что
при замене пламенного способа нагрева на индукционный годовая экономия
составляет
827549,6
руб.,
срок окупаемости
–
2,5
года,
коэффициент
экономической эффективности – 0,4, что свидетельствует о выгодности
предложенного технического решения.
123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Произведён анализ существующих способов и устройств для нагрева ванн
в линиях нанесения горячих покрытий, их достоинств и недостатков, и определено,
что наиболее эффективным является применение индукционного нагрева.
Исследование узлов линии оцинкования позволило определить, что менее
надежным
с
точки
зрения
работоспособности
является
ванна
горячего
оцинкования. Анализ путей решения проблем, связанных с эффективностью и
надежностью установки, показал, что только индукционный способ нагрева
позволяет решить большинство проблем, возникающих при эксплуатации
установки. В процессе рассмотрения различных индукционных нагревателей было
определено, что наиболее рациональным является применение примыкающего
индуктора.
2. Проведённый анализ существующих методов расчёта электромагнитных и
тепловых полей показал, что наиболее эффективным для систем индукционного
нагрева является метод конечных элементов. Среди большого количества
программных продуктов, позволяющих моделировать протекающие в системах
индукционного нагрева процессы, наибольшее распространение получили ANSYS,
Femlab и ELCUT. В процессе моделирования системы «примыкающий индуктор –
стальной лист» в программной среде ELCUT было определено:
-
при
одностороннем
нагреве
наибольшее
значение
параметры
электромагнитного и теплового полей имеют в центре загрузки, а к полюсам
магнитопровода эти значения уменьшаются; с увеличением частоты или времени
нагрева растёт неравномерность распределения температурного поля по объему
загрузки;
- при двустороннем нагреве встречно включенными обмотками индукторов
наибольшие значения параметров электромагнитного и теплового полей
наблюдаются в центре загрузки, как и при одностороннем нагреве, однако крутизна
характеристик значительно меньше, что обусловлено встречным направлением
124
протекающих в обмотках токов и взаимным влиянием наводимых индукторами
электромагнитных полей;
- при двустороннем нагреве согласно включенными обмотками индукторов
достигается наибольшее значение температуры, однако при данном варианте
возрастает крутизна характеристик и наблюдается наибольшая неравномерность
распределения основных источников электромагнитного и теплового полей;
- для обеспечения равномерного распределения температурного поля по
объему загрузки требуется размещать индукционные нагреватели на расстоянии,
равном 2,8 – 4,2 длины магнитопровода (при этом перепад температуры не
превышает 10 0С).
Проведённое
на
физической
модели
исследование
распределения
температурного поля по поверхности стального листа подтвердило адекватность
созданной в программе ELCUT модели.
3. Анализ
проведённого
теплотехнического
расчёта
показал
неэффективность работы установки горячего оцинкования – лишь 27 %
потребляемой мощности идёт на нагрев цинка. Применение индукционных
нагревательных устройств позволяет снизить тепловую мощность, идущую на
процесс расплава цинка, с 313 до 252,8 кВт и повысить КПД до 51%. С учётом
геометрических размеров ванны и требований к эксплуатации установки было
определено оптимальное количество съёмных индукционных единиц (12 шт.),
мощность одной единицы (21,1 кВт), а также основные геометрические размеры и
электрические величины. Моделирование процесса нагрева ванны горячего
оцинкования, проведённое в программной среде ELCUT, показало, что при
соблюдении условия а   2,8 4,2  b перепад температур через 25 минут не
превышает 10 0С, что говорить о равномерном распределении источников тепла
поверхности ванны оцинкования.
4. Изучены основные схемы подключения индукционного нагревателя к
питающей сети и выбрана схема с возможностью переключения с «треугольника»
на «звезду». Произведён выбор технических средств системы управления с учётом
особенностей установки. Спроектированы силовая и схема управления системой
125
нагрева ванны оцинкования, обеспечивающие контроль температуры в рабочих
зонах, регулирование режима нагрева и коэффициента мощности установки, а
также контроль уровня цинка и аварийных ситуаций. В результате проведённого
технико-экономического расчёта было установлено, что несмотря на большие
эксплуатационные
издержки,
индукционный
нагрев
является
более
предпочтительным. Годовая экономия при замене пламенного способа нагрева на
индукционный составляет 827549,6 руб., срок окупаемости – 2,5 года, коэффициент
экономической эффективности – 0,4, что свидетельствует о выгодности
предложенного технического решения.
126
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Знаменский, Ю.П. Цинкование погружением (HOT DIP). Интернет-обзор
по современным методам горячего цинкования/ Ю.П.Знаменский — Обнинск,
2012. — 546 с.
2. Угольные газогенераторные печи// MULTIBEST CORPORATION LTD
(официальный
сайт)
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
-
https://multibest.ru/page97/. - Дата доступа: 05.10.2015 г.
3. Щелоков, Я.М. Мазут как топливо. Рекомендации по рациональному
использованию/ Я.М. Щелоков // Электронный журнал энергосервисной компании
«Экологические системы» [Электронный ресурс]. – 2004. - Режим доступа http://esco.co.ua/journal/2004_1/art92.htm. – Дата доступа: 05.10.2015 г.
4. Винтовкин, А.А. Горелочные устройства промышленных печей и топок.
Конструкции и технические характеристики/ А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев М.: Интермет Инжиниринг, 1999. - 560 с.
5. Патент 553396 СССР. М.Кл. F 23 D 13/08. Погружная горелка/ Пиоро Л.С.,
Конюх В.Я., Олабин В.М.; заявитель и патентообладатель Институт газа АН
Украинской ССР - №2114768/06; заявл. 11.03.75; опубл. 05.04.77, Бюл. № 13 – 2 с.
6. Горелки Elster Kromschroder (Kromschroeder) // ВИТЕРМ (официальный
сайт)
–
2011
-
[Электронный
ресурс].
Режим
доступа
-
http://v-
term.ru/index.php?option=com_sobi2&cat=18&Itemid=2 - Дата доступа: 05.10.2015 г.
7. Удыма, П.Г. Аппараты с погружными горелками. Изд-во 2-е, доп. и
перераб. / П.Г. Удыга - М.: Машиностроение, 1973. - 272 с.
8. Бахвалов, Г.Т. Справочник гальваностега. / Г.Т. Бахвалов, Л.Н. Биркган,
В.П. Лабутин - Москва: Металлургиздат, 1948. - 454 с.
9. Термическая печь и камера нагрева расплава цинка агрегата непрерывной
термической обработки и цинкования стальной проволоки/В.Л. Пишванов, А.А.
Винтовкин, В.В. Деньгуб, В.А. Хохлов, Б.Н. Ким, Ю.Ю. Полканов/ ОАО «Научноисследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ»)
–
[Электронный
ресурс].
127
Режим
доступа
–-
http://www.vniimt.ru/pdf/pub/80_VNIIMT_Heat_oven_chamber_and_heating_the_mol
ten_zinc_unit_of_continuous_heat_treatment_and_galvanizing_steel_wir.pdf. – Дата
доступа – 05.10.2015 г.
10. Горелки
КВР
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
–
http://www.burncenter.ru/products/10/46/ - Дата доступа – 05.10.2015 г.
11. Платыгина, Е.В. Разработка конструкции печи для нагрева стальных
прутков под завивку пружин / Е.В. Платыгина, А.Н, Лошкарёв// В сб.:
Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве (ТИМ'2012) . —
Екатеринбург, 2012 – 270 с.
12. Патент 320559 СССР. МПК С 23с 1/00. Способ нагрева ванны для горячих
покрытий/ Мамонов В.П., Ермаченко В.И.; заявитель и патентообладатель
Новокузнецкое отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектного
института «Теплопроект» - №1393784/22-1; заявл. 15.01.1970; опубл. 04.11.1971,
Бюл. №34 – 1 с.
13. Патент 2221896 Российская Федерация, МПК С21D1/52. Печь-ванна для
нанесения легкоплавких покрытий на изделия и способ нагрева расплава /Юдин
Р.А., Сырцев Г.В., Голяков О.А., Простаков М.Б., Бушев Н.И.; заявитель и
патентообладатель – ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод» - 2002124047/02;
заявл. 09.09.2002; опубл. 20.01.2004.
14. Патент 459509 СССР, М. Кл. С21с 5/54. Способ нагрева шлакового
расплава/ Потанин В.Н.; заявитель и патентообладатель Уральский научно –
исследовательский институт черных металлов – 1970464/22-2; заявл. 11.11.73;
опубл. 05.02.75, Бюл. №5 – 1 с.
15. Патент 633905 СССР, М. Кл. С 21 С 5/48 Устройство для продувки и
подогрева расплава/ Фишман Б.Д.; заявитель и патентообладатель Сибирский
металлургический институт им. Серго Орджоникидзе – 2385382/22-02; заявл.
12.07.76; опубл. 25.11.78, Бюл. №43 – 2 с.: ил.
16. Тринкс, В. Промышленные печи. Том 2. Пер. с англ. / В. Тринкс - М.:
ГНТИ Лит. по черн. и цвет. мет., 1961. - 389 с.
128
17. Современные горелочные устройства (конструкции и технические
характеристики). Справочное издание. / А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, В.Л.
Гусовский, А.Б. Усачёв - М.: Машиностроение,2001. - 496 c.
18. Горелки газовые серии «ИМПУЛЬС-ФАКЕЛ» для обжиговых печей
[Электронный ресурс]. - Режим доступа – https://155930-ru.all.biz/gorelki-gazovyeserii-impuls-fakel-dlya-obzhigovyh-g4103382 - Дата доступа – 05.10.2015 г.
19. Патент 322416 СССР, М. Кл. С 23с 1/14. Установка для плавления цинка/
Тандырев О.В., Демидович А.В., Сагидов М.Г., Шкарапут В.Н., Конюхов В.П.,
Прохоров В.В. - № 1399180/22-1; заявл. 09.11.1970; опубл. 30.11.1971, Бюл №36 –
3 с.: ил.
20. Электротехнологические промышленные установки: Учебник для вузов/
И.П. Евтюкова, Л.С. Кацевич, Н.М. Некрасова, А.Д. Свенчанский; под редакцией
А.Д. Свенчанского. – М.: Энергоиздат, 1982 – 400 с., ил.
21. Качанов, А.Н. Анализ эффективности использования пламенного и
индуктивного способов нагрева в линии оцинкования стальной проволоки/ А.Н.
Качанов, А.Н. Трошкин, А.Е. Максимов// Вести высших учебных заведений
Черноземья – Липецк: ЛГТУ, 2012 - №4 – с. 18 – 21.
22. Патент 351047 СССР, М.Кл. F27b 3/08. Электрическая печь для плавления
металлов/ Косарев С.П., Дидрих Н.В.; заявитель и патентообладатель Всесоюзный
научно – исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и
электродной промышленности - №1492145/22-1; заявл. 13.11.1970; опубл.
13.11.1972, Бюл. №27 – 2 с.: ил.
23. Патент 857677 СССР, М. Кл. F 27 B 3/08. Электрическая печь для
плавления
металлов/
Гомоюнов
Л.М.;
заявитель
и
патентообладатель
Производственное объединение «Уралэнергоцветмет» - №2828524/22-02; заявл.
20.08.79; опубл. 23.08.81, Бюл. №31 – 3 с.: ил.
24. Патент 65631 Российская Федерация, МПК F27B. Устройство для
плавления цветного металла – опубл. 10.08.2007.
25. Патент 2220393 Российская Федерация, МПК F23B3/08. Электропечь для
струйного нагрева металла/ Арутюнов В.А., Коганов Л.М., Попутников А.Ф.,
129
Руднев В.В., Самонин В.Н., Улановский Я.Б.; заявитель и патентообладатель ООО
«Стройинжиниринг
СМ»,
ОАО
«Самарский
металлургический
завод»
-
№2002118268/02; заявл. 10.07.2002; опубл. 27.12.2003.
26. Нагреватели для гальванических ванн [Электронный ресурс]. - Режим
доступа
–
http://pkten.ru/primenenie-nagrevatelej/nagrevateli-dlya-galvanicheskix-
pechej/ - Дата доступа – 05.10.2015 г.
27. Патент 2282806 Российская Федерация, МПК F27B14/06. Индукционная
плавильная тигельная печь/ Авдюхин С.П., Красный Б.Л.; заявитель и
патентообладатель ЗАО Научно – технический центр «Бакор» - №2005113974/02;
заявл. 12.05.2005; опубл. 27.08.2006.
28. Патент 2086075 Российская Федерация, МПК H05B6/10. Способ и
установка для регулирования электрического режима индукционной плавильной
печи/ Тупало С.Е., Тупало С.С.; заявитель и патентообладатель Тупало С.Е.,
Тупало С.С. – №93017914; заявл. 06.04.1993; опубл. 27.07.1997.
29. Патент 4923 СССР 8414, Кл. 21h, 18. Описание электрической
индукционной для плавления металлов печи/ Цубирий Х.Р. - №8414; заявл.
14.05.1926; опубл. 31.03.1928.
30. Патент 24498 СССР, Кл. 21h, 18.. Описание электрической индукционной
печи/ Габбин В.Н. - №70641; заявл. 24.05.1930; опубл. 31.12.1931.
31. Патент 589695 СССР, М. Кл. H05 B 5/10 Способ плавки металлов в
индукционной печи/ Буцениекс И.Э., Левина М.Я., Простяков А.А., Столов М.Я.,
Шарамкин В.И., Шербинин Э.В. – №2196774/24-07; заявл. 08.12.75; опубл.
25.01.78, Бюл. №3 - 3 с.: ил.
32. Качанов, А.Н. Повышение энергоэффективности электротехнологическо
го комплекса оцинкования стальной проволоки/ А.Н. Качанов, А.А. Овсянников,
М.И. Симон// Энерго - и ресурсосбережение - XXI век.: Сборник материалов VIIой международной научно-практической интернет-конференции / Под ред. В.А.
Голенкова, А. Качанова., Ю.С. Степанова. - Орел: ОО «Издательский дом «Орлик»
и К», 2009, с. 92-94.
130
33. Кувалдин, А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитной стали/ А.Б.
Кувалдин – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 200 с.: ил.
34. Гладышев, А.В. Оценка возможности применения примыкающих
индукторов для нагрева ванн оцинкования/ А.В. Гладышев // В сб.:
Энергосбережение и эффективность в технических системах: Материалы VI
международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и
специалистов. Тамбов, 10-12 июля 2017 г./ Министерство образования и науки
Российской Федерации; Российский фонд фундаментальных исследований;
ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет «; Т.И.
Чернышова, отв. ред. – Тамбов: Изд-во Першина Р.В., 2017. – С. 271 – 272.
35. Патент 1177385 СССР, М. Кл. С 23 С 2/00. Печь – ванна для горячего
цинкования/ Коровайный С.Ф., Иванцов И.И., Брозголь П.М., Петров Ю.М.;
заявитель
и
патентообладатель
Харцызский
сталепроволочный
завод
–
№3661472/22-02; заявл. 05.11.83; опубл. 07.09.85, Бюл. №33 – 3 с.: ил.
36. Патент 1054444 СССР, М. Кл. С 23 С 1/14. Ванна для горячего
цинкования/ Зверев Б.Н., Гордейчик Р.Н., Аникенко А.А., заявитель и
патентообладатель Челябинский государственный институт по проектированию
металлургических заводов «Челябгипромез» - №3413430/22-02; заявл. 26.03.82;
опубл. 15.11.83, Бюл. №42 – 4 с.; ил.
37. Патент 2244040 Российская Федерация. МПК F27D1/00 Печь-ванна
нанесения покрытий на изделия и способ ее эксплуатации/ Сырцев Г.В., Юдин Р.А.,
Талицкий В.Н., Голяков О.А., Колодезный В.И., Петрович В.В.; заявитель и
правообладатель ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод» - №2002121878/02;
заявл. 08.08.2002; опубл. 10.01.2005.
38. Мэйсон, К.С. Western Technologies, Inc. Продление срока службы ванны
горячего
цинкования.
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
–
http://westechgalv.ru/docs/ExtendingKettleLife-RUS.pdf - Дата доступа – 05.10.2015 г.
39. Мэйсон, К.С. Сокращение потребления газа на линии горячего
цинкования.
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
http://www.westechgalv.ru/docs/GasSavings-RUS.pdf - Дата доступа – 05.10.2015 г.
131
–
40. Вайнберг, А.М. Индукционные плавильные печи/ А.М. Вайнберг - М. Л.: Госэнергоиздат, 1960. - 456 с.
41. Добряков, Д.Д. Классификация низкотемпературных индукционных
нагревателей/ Д.Д. Добряков – «Изв. АН Латвийской ССР», 1957, №9 (122), с. 115
– 124.
42. Кувалдин, А.Б. Низкотемпературный индукционный нагрев стали/ А.Б.
Кувалдин - М., «Энергия», 1976. – 112 с.: ил.
43. Качанов
А.Н.
Классификация
и
область
применения
систем
низкотемпературного индукционного нагрева с разомкнутыми магнитопроводами
[Текст] / А.Н. Качанов, Н.А. Качанов, Д.А. Коренков // В сб.: Вестник МЭИ. –
Москва: Изд-во МЭИ. – 2016. – С. 36 – 40
44. Качанов, А.Н. Применение систем низкотемпературного индукционного
нагрева в крестьянских (фермерских) хозяйствах Республики Казахстан.
Рекомендации [Текст]/ А.Н. Качанов - ЦНТР при Акиме Павлод. обл. и Мин. науки
– Ак. РК. – Павлодар, ЦНТИ, 1988. – 40 с.
45. Слухоцкий,
А.Е.
Индукторы
для
индукционного
нагрева/
А.Е.
Слухоцкий, С.Е. Рыскин - Л., «Энергия», 1974. – 264 с.: ил.
46. Гордиенко, А.И. Обработка изделий машиностроения с применением
индукционного нагрева/ А.И. Гордиенко, П.С. Гурченко, А.И. Михлюк, И.И.
Вегера - Минск: Белорусская наука, 2009. — 287 c.
47. Lupi, S. Induction and Direct Resistance Heating: Theory and Numerical
Modeling/ S. Lupi, M. Forzan - Cham; Heidelberg; New York; Dordrecht; London;
Springer, 2015. — XIII, 370 p.
48. Rapoport, E. Optimal Control of Induction Heating Processes/ E. Rapoport, Y.
Pleshivtseva - CRC Press, London, New York, 2007, 341 p.
49. Кувалдин, А.Б. Особенности расчета параметров электромагнитного поля
в ферромагнитной стали / А.Б. Кувалдин // Промышленный электрообогрев и
электроотопление. – 2014. - №2 – с. 26 – 30. – [Электронный ресурс]. Режим
доступа: http://www.e-heating.ru/content/files/kuvaldin_2,2014.pdf – Дата доступа 15.11.2015 г.)
132
50. Lupi, S. Fundamentals of Electroheat: Electrical Technologies for Process
Heating/ S. Lupi - New York: Springer, 2016. - 632 p.
51. Rudnev, V. Handbook Of Induction Heating / V. Rudnev, D. Loveless - New
York, Basel, Marcel Dekker Inc., 2003. - 797 p.
52. Татур, Т. А. Основы теории электромагнитного поля: Справочн. пособие
для электротехн. спец. вузов/ Т.А. Татур – М.: Высш. шк., 1989. – 271 с.: ил.
53. Гнусин, Н. П. Основы теории расчета и моделирования электрических
полей в электролитах/ Н.П. Гнусин; отв. ред. В. М. Гюрджиян; АН СССР. Сиб. отдние. – Новосибирск, 1872. - 276 с.
54. Гладышев, А.В. Анализ методов расчета и программных продуктов,
используемых для расчета характера распределения основных параметров
электромагнитного поля в системе «Примыкающий индуктор – нагреваемый
объект»/ А.В. Гладышев // В сб.: Неделя науки - 2016: материалы 49-й студенческой
научно-технической конференции (апрель 2016 г., г. Орёл), ОГУ им. И.С.
Тургенева. В 2-х т. Т. 2 / под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. С.Ю.Радченко, Орёл
ОГУ им. И.С. Тургенева, 2016. – с. 11 – 15.
55. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники: В 3 ч.: Учебник
для энергетических и электротехнических вузов / Л. А. Бессонов – 6-е изд., перераб.
и доп. – М.: Высшая школа, 1973. – 3 ч.
56. Купалян, С. Д. Теоретические основы электротехники [Текст]: в 3-х
частях / С. Д. Купалян; под ред. Г.И. Атабекова. - М.: Энергия, 1970. – 3 ч.
57. Бинс, К. Анализ и расчет электрических и магнитных полей/ К. Бинс, П.
Лауренсон – М.: Энергия, 1970. – 376 с.
58. Основы метода конечных элементов/ В.И. Большаков, Е.А. Яценко, Г.
Соссу, М. Лемэр, Ж.М. Рейнуар, Ж. Кестенс, Г. Варзее, И. Кормо —
Днепропетровск: ПГАСА, 2000. — 255 с.
59. Туровский, Я. Электромагнитные расчеты элементов электрических
машин - Пер. с польск./ Я. Туровский - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 200 с., ил.
60. Бате, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов/ К. Бате,
Е. Вилсон - M.: Стройиздат, 1982. - 448 с.
133
61. Мареев, В.В. Основы методов конечных разностей/ В.В. Мареев, Е.Н.
Станкова - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2012. — 64 с.
62. Ковеня, В.М. Методы конечных разностей и конечных объемов для
решения задач математической физики - Электронное учебное пособие/ В.М.
Ковеня, Д.В. Чирков — Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2013. — 87 с.
63. Тозони, О.В. Метод вторичных источников в электротехнике/ О.В.
Тозони - М.: Энергия, 1975. - 296 с.
64. Гринберг,
Г.
А.
Избранные
вопросы
математической
теории
электрических и магнитных явлений/ Г.А. Гринберг - М., 1972. – 728 с.
65. Громадка, Т. Комплексный метод граничных элементов в инженерных
задачах/ Т. Громадка, Ч. Лей - М.: Мир, 1990. — 303 с.
66. Бенерджи, П. Методы граничных элементов в прикладных науках. Пер. с
англ./ П. Бенерджи, Р. Баттерфилд — М.: Мир, 1984. — 494 с, ил.
67. Метод граничных элементов [Электронный ресурс]. - Режим доступа –
http://masters.donntu.org/2000/fvti/sugonyak/du/mge.htm - Дата доступа – 15.06.2016
г.)
68. Буслов В.А. Численные методы (в двух частях). Курс лекций/ В.А.
Буслов, С.Л. Яковлев - Санкт-Петербург: СПбГУ, 2001. – 103 c.
69. Байда Е.И. Расчет электромагнитных и тепловых полей с помощью
программы FEMM: учебно – методическое пособие/ Е.И. Байда – X.: 2015. – 147 с.
70. Flux
Overview
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
–
https://altairhyperworks.com/product/flux - Дата доступа – 21.06.2016 г.)
71. COMSOL AB. Введение в COMSOL Multiphysics (версия 5.2). США:
COMSOL, 2015. - 193 с.
72. Красников Г.Е. Моделирование физических процессов с использованием
пакета Comsol Multiphysics/ Г.Е. Красников, О.В. Нагорнов, Н.В. Старостин - М.:
НИЯУ МИФИ, 2012. — 184 с.
73. JMAG-Designer [Thermal Analysis]. [Электронный ресурс]. - Режим
доступа – http://www.jmag-international.com/products/jmag-designer/thermal.html Дата доступа – 21.06.2016 г.)
134
74. Infolytica Corporation Site Map. [Электронный ресурс]. - Режим доступа –
https://www.infolytica.com/Error/NotFound?aspxerrorpath=en/products - Дата доступа
– 21.06.2016 г.)
75. Каплун, А.Б. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство/ А.Б.
Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева - Изд. стереотип. — M.: Либроком, 2015.
— 272 с.
76. Буль, О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов.
Программа ANSYS/ О.Б. Буль - Учебное пособие для студентов вузов. М.:
Академия, 2006. - 288с.
77. ELCUT. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов.
Версия 6.3. Руководство пользователя - Санкт-Петербург: Производственный
кооператив ТОР, 2017. – 296 с.
78. QuickField - Product [Электронный ресурс]. - Режим доступа –
http://quickfield.com/features.htm - Дата доступа – 21.06.2016 г.)
79. Field Precision LLC [Электронный ресурс]. - Режим доступа –
http://www.fieldp.com - Дата доступа – 21.06.2016 г.)
80. Thomatronik Ihr Erfolg ist unser Ziel - Startseite » Software [Электронный
ресурс]. - Режим доступа – http://www.thomatronik.de/de/software Дата доступа 21.06.2016 г.)
81. Integrater Engineering Software – Products [Электронный ресурс]. - Режим
доступа – https://www.integratedsoft.com/products/ - Дата доступа – 21.06.2016 г.
82. Черных, И.В. Пакет ELCUT: моделирование устройств индукционного
нагрева
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
–
http://elcut.ru/publications/chernih3.pdf - Дата доступа - 21.06.2016 г.
83. Пищалев, К.Е. Неустойчивость при индукционном нагреве магнитной
стали / К.Е. Пищалев, С.В. Дзлиев, А.А. Завороткин, Д.М. Жнакин, Ю.Ю.
Перевалов// Индукционный нагрев. – 2013. – №1 (23). – с. 36-41
84. Гандшу, В.М. Представление шихтованных сердечников в задачах
расчета
магнитных
полей.
[Электронный
ресурс].
-
Режим
http://elcut.ru/publications/gandshou5.pdf - Дата доступа - 25.06.2016 г.
135
доступа
-
85. Гандшу, В.М. Особенности расчета нагревания электромагнитных
устройств с помощью пакета программ ELCUT. [Электронный ресурс]. - Режим
доступа - http://elcut.ru/publications/gandshou1.pdf - Дата доступа - 25.06.2016 г.
86. Ландсберг, Г.С. Элементарный учебник физики. Т.2. Электричество и
магнетизм/ Г.С. Ландсберг - М.: Наука, 1985. - 479 c.
87. Дружинин, В.В. Магнитные свойства электротехнической стали/ В.В.
Дружинин - Изд. 2 – е., перераб. - М., «Энергия», 1974. – 240 с.: ил.
88. Зиновьев, Е.В. Теплофизические свойства металлов при высоких
температурах/ Е.В. Зиновьев - Справ. изд. - М.: Металлургия, 1989. – 384 с.
89. Чиркин, В. С. Теплофизические свойства материалов. Справочник/ В.С.
Чиркин - М.: ФИЗМАТГИЗ., 1959 - 356 с.
90. Кожевников, И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких
температурах: Справочник/ И.Г. Кожевников, Л.А. Новицкий – 2 – е изд., перераб.
и доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 328 с.
91. Холоднокатаные электротехнические стали: Справ. изд. // Молотилов
Б.В., Миронов Л.В. Петренко А.Г. и др. - М.: Металлургия, 1989. – 168 с.
92. Качанов, А.Н. Исследование распределения температурного поля в
плоской загрузке [Текст] / А.Н. Качанов, А.В. Гладышев // В сб.: Энерго – и
ресурсосбережение – XXI век.: Материалы XIV международной научнопрактической интернет-конференции, 15 марта – 30 июня 2016 г. – Орёл: ОГУ им.
И.С. Тургенева, 2016. – С. 151 – 154.
93. Качанов, А.Н. Исследование распределения основных параметров
тепловых полей в системе «примыкающий индуктор – плоская загрузка» с
использованием программы «ELCUT» [Текст] / А.Н. Качанов, А.В. Гладышев, М.А.
Шалимов // В сб.: Энерго- и ресурсосбережение – XXI век.: материалы XIII
международной научно-практической интернет-конференции, 15 марта – 30 июня
2015 г., г. Орёл / Под редакцией д-ра техн. наук, проф. О.В. Пилипенко, д-ра техн.
наук, проф. А.Н. Качанова, д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Степанова. – Орёл:
Госуниверситет-УНПК, 2015. – С. 81 – 84.
136
94. Качанов, А.Н. К вопросу о размещении примыкающих индукторов на
установках оцинкования с использованием программы «ELCUT» [Текст] / А.Н.
Качанов, А.В. Гладышев // В сб.: Энерго – и ресурсосбережение – XXI век.:
Материалы XV международной научно-практической интернет-конференции, 15
марта – 30 июня 2017 г., г. Орёл / Под редакцией д-ра техн. наук, проф. О.В.
Пилипенко, д-ра техн. наук, проф. А.Н. Качанова, д-ра техн. наук, проф. Ю.С.
Степанова. – Орёл: ОГУ им. И.С. Тургенева, 2017. – С. 89-92.
95. Мастрюков, Б.С. Теория конструкции и расчеты металлургических печей
Т.2. Расчеты металлургических печей/ Б.С. Мастрюков - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. - 376 с.: ил.
96. Сеничкин, Б.К. Тепловые расчеты нагревательных печей. Ч. 2: Учеб.
Пособие/ Б.К. Сеничкин, Г.Н. Матвеева - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова,
2004 – 77 с.
97. Теплотехнические расчеты металлургических печей/. Зобнин Б.Ф.,
Казяев М.Д., Китаев Б.И., Лисиенко В.Г., Телегин А.С., Ярошенко Ю.Г. Учебное
пособие для студентов вузов. Изд. 2 – е. М., «Металлургия», 1982 – 360 с.
98. Электротермическое оборудование. Справочник. Под общей реакцией
А.П. Альтгаузена, М.Я. Смелянского и М.С. Шевцова - М.: изд-во «Энергия», 1967.
– 488 с.: ил.
99. Методические указания к курсовому и дипломному проектам по
дисциплине «Печи и сушила» для студентов дневного и заочного обучения по
специальности 2906 «Производство строительных материалов и конструкций» Ростов – на – Дону: Рост. гос. строит. ун – т, 2004 – 46 с.
100. Кацевич,
Л.С.
–
Теория
теплопередачи
и
тепловые
расчеты
электрических печей. Учебник для техникумов/ Л.С. Кацевич - М., «Энергия»,
1977. – 304 с.: ил.
101. Михеев, М.А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев, И.М. Михеева Изд. 2 – е, стереотип. М., «Энергия», 1977 – 344 с.: ил.
137
102. Свенчанский, А.Д. Электрические промышленные печи. Учебник для
вузов. В 2- х ч./А.Д. Свенчанский - Изд. 2 - е, перераб. - М.: «Энергия»,
Электрические печи сопротивления, 1975 – т. 1.
103. Слухоцкий, А.Е. Установки индукционного нагрева. Учебное пособие
для вузов/А.Е. Слухоцкий В.С. Немков,Н.А. Павлов - Л.: Энергоиздат,1981. - 328 с.
104. Химические аппараты с индуктивным обогревом/ А.Б. Кувалдин, В. Е.
Жуковский, С. А. Горбатков, В. Е. Минеев - М.: Химия, 1985. – 175 с.
105. Термопреобразователи с керамической оболочкой TTSC-42, TTRC-42 И
TTBC-42// ОЛИЛ (официальный сайт) [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://olil.ru/thermoolil/tsko/c42 - Дата доступа - 14.03.2017 г.
106. Магнитострикционный датчик уровня LLT-MS [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://www.td-urovnemer.ru/files/395/tehopisanie-llt-ms.pdf - Дата
доступа - 14.03.2017 г.
107. Импульсный источник питания S8JX. [Электронный ресурс]. - Режим
доступа
-
http://www.rakurs.su/wp-content/uploads/2015/01/S8JX-Spetsifikatsiya-
rus.pdf - Дата доступа - 14.03.2017 г.
108. Температурный регулятор E5CB. [Электронный ресурс]. - Режим
доступа - http://www.mirasu.ru/upload/OMRON/OmronE5CB.pdf - Дата доступа 14.03.2017 г.
109. Контроллер Omron CP1E/ CP1E-N60DT-D// PROMENERGO Автоматика
[Электронный ресурс]. - Режим доступа - http://www.proenergo.ru/sistemyavtomatizacii/programmiruemye-logicheskie-kontrollery/kontroller-omron-cp1e/cp1en
60dtd/ Дата доступа - 14.03.2017 г.
110. Универсальные реле G2R [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://omron-russia.com/documentation/relay/g2rdata.pdf - Дата доступа - 14.03.2017 г.
111. Конденсаторная установка АУКРМ 0,4 на 90 кВАр// Энергозапад.
Торговая электротехническая компания (официальный сайт) [Электронный
ресурс]. - Режим доступа - http://energozapad.ru/kondensatornaya-ustanovka-aukrm04-na-90-kvar - Дата доступа - 14.03.2017 г.
138
112. Трансформаторы тока// МЭТЗ им. В.И. Козлова [Электронный ресурс].
- Режим доступа - http://metz.nt-rt.ru/images/manuals/TOP.pdf - Дата доступа 14.03.2017 г.
113. Трансформатор ОСО-0,25 380/110В // Русский свет (официальный сайт)
[Электронный ресурс]. - Режим доступа - http://russvet.ru/products/5667/335700/ Дата доступа: 14.03.2017 г.
114. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. –
М.: Изд – во НЦ ЭНАС, 2007. – 304 с.
115. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок. Серия 17.
Выпуск 53. — 2 – е изд., испр. и доп. - М.: Закрытое акционерное общество
«Научно-технический
центр
исследований
проблем
промышленной
безопасности», 2016. — 194 с.
116. Нагорная, В.Н. Экономика энергетики: учеб. пособие / Н.В. Нагорная;
Дальневосточный государственный технический университет. – Владивосток: Издво ДВГТУ, 2007. – 157 с.
117. Методическое пособие по выполнению курсовых работ по дисциплине
«Экономика
организации»
для
специальности
220703
«Автоматизация
технологических процессов» - Астрахань: ГБОУ АО СПО «АКВТ», 2014 – 48 с.
118. Текущие часовые тарифные ставки, установленные с учетом фонда
оплаты труда одного рабочего основного производства и одного рабочего,
обслуживающего машины и механизмы на первый квартал 2017 года.
[Электронный
ресурс].
-
Режим
доступа
tat.ru/file/filemanag/23abc8cf7805e84ecdc4e5b39b4e2d0c.pdf
-
http://www.iДата
доступа:
26.04.2017 г.
119. Миньков, С.Л. Технико-экономическое обоснование выполнения
проекта: методическое пособие / С.Л. Миньков. – Томск: ТУСУР, 2014. – 30 с.
139
ОТЧЕТ О ПРОВЕРКЕ В СИСТЕМЕ «АНТИПЛАГИАТ.ВУЗ»
Проверяющий: Коренков Дмитрий Андреевич ([email protected] / ID: 68)
Организация: Орловский ГУ
Отчет предоставлен сервисом «Антиплагиат» - http://univorel.antiplagiat.ru
ИНФОРМАЦИЯ О ДОКУМЕНТЕ
№ документа: 85
Начало загрузки: 19.01.2018 14:50:18
Длительность загрузки: 00:00:19
Имя исходного файла: Гладышев А.В. ВКР магистра итоговый вариант
Размер текста: 9570 кБ
Тип документа: Магистерская диссертация
Cимволов в тексте: 179809
Слов в тексте: 20977
Число предложений: 1773
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОТЧЕТЕ
Последний готовый отчет (ред.)
Начало проверки: 19.01.2018 14:50:40
Длительность проверки: 00:00:49
Комментарии: не указано
Модули поиска: Модуль поиска ЭБС "БиблиоРоссика", Модуль поиска ЭБС "BOOK.ru", Коллекция РГБ,
Цитирование, Модуль поиска ЭБС "Университетская библиотека онлайн", Коллекция eLIBRARY.RU, Модуль
поиска ЭБС "Айбукс", Модуль поиска Интернет, Модуль поиска ЭБС "Лань", Модуль поиска "ФГБОУ ВО ОГУ им.
И.С. Тургенева", Кольцо вузов
№
Доля
Доля
в
в отчете
тексте
Источник
Ссылка
Актуален на
Модуль
поиска
[01] 1,24%
Энерго- и ресурсосбережение – XXI век.:
материалы XV международной научно1,46%
практической интернет-конференции (15
марта – 30 июня 2017 г.) (1/2)
Модуль
http://oreluniver.r
28 Дек 2017 поиска
u
Интернет
[02] 0,74%
Сборник материалов XIV
международной научно-практической
1,38%
интернет-конференции «Энерго- и
ресурсосбережение – XXI век»
Модуль
http://oreluniver.r
13 Авг 2017 поиска
u
Интернет
[03] 0,65%
Сборник трудов конференции "ЭНЕРГО1,29% И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ - XXI ВЕК"
2015
Модуль
http://oreluniver.r
13 Авг 2017 поиска
u
Интернет
[04] 0,04%
Некрасова, Наталья Сергеевна
0,35% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.10 Москва 2013
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[05] 0,19%
Качанов, Александр Николаевич
0,33% диссертация ... доктора технических наук
: 05.20.02 Павлодар 1999
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[06] 0,12%
Федин, Максим Андреевич диссертация
0,29% ... кандидата технических наук : 05.09.10
Москва 2009
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[07] 0,15%
0,28% Отчет о НИР Н-8053
не указано
23 Июн
2017
Кольцо
вузов
[08] 0%
Дианов, Андрей Игоревич диссертация ...
0,27% кандидата технических наук : 05.09.10
Москва 2006
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[09] 0,22%
0,22% не указано
http://window.edu раньше
.ru
2011
[10] 0%
0,21%
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
не указано
22 Июн
2017
Кольцо
вузов
[11] 0%
0,21%
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
не указано
22 Июн
2017
Кольцо
вузов
[12] 0,07%
0,21%
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
не указано
22 Июн
2017
Кольцо
вузов
[13] 0%
0,21%
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
не указано
22 Июн
2017
Кольцо
вузов
http://biblioclub.r раньше
u
2011
Модуль
поиска
Интернет
Модуль
поиска ЭБС
"Университ
етская
библиотека
онлайн"
[14] 0,07%
0,21% 210754
[15] 0,2%
0,2%
Королева, Татьяна Геннадьевна
диссертация ... кандидата технических
наук : 05.20.02 Павлодар 1998
http://dlib.rsl.ru
26 Дек 2011
Коллекция
РГБ
[16] 0,17%
0,2%
Сергеев, Николай Вячеславович
диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.03 Красноярск 2005
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[17] 0%
Диссертация на тему «Индукторы с
самокомпенсацией реактивной
мощности систем электроснабжения
электротехнологического назначения»
0,19%
автореферат по специальности ВАК
05.09.03 - Электротехнические
комплексы и системы | disserCat —
электронная библиотека дис...
Модуль
http://dissercat.co
02 Ноя 2017 поиска
m
Интернет
[18] 0%
Лепешкин, Степан Александрович
0,18% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.10 Москва 2010
http://dlib.rsl.ru
[19] 0,13%
0,18%
[20] 0,09%
Гайнетдинов, Тимур Айратович
разработка и исследование : диссертация
0,17%
... кандидата технических наук : 05.09.03
Уфа 2010
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
[21] 0,08%
0,14% Диссертация
http://eltech.ru
Модуль
25 Дек 2017 поиска
Интернет
[22] 0,04%
0,14% 72278
http://e.lanbook.c раньше
om
2011
Диссертация на соискание ученой
степени кандидата технических наук
2
раньше
2011
Коллекция
РГБ
Модуль
http://ugatu.ac.ru 25 Авг 2017 поиска
Интернет
Коллекция
РГБ
Модуль
поиска ЭБС
"Лань"
[23] 0,14%
[24] 0%
[25] 0%
[26] 0%
0,14% иванов иван иванычь ди.docx
0,14%
0,14%
0,14%
18 Июн
2017
Модуль
поиска
"ФГБОУ
ВО ОГУ
им.
И.С.Турген
ева"
22 Июн
2017
Модуль
поиска
"ФГБОУ
ВО ОГУ
им.
И.С.Турген
ева"
22 Июн
2017
Модуль
поиска
"ФГБОУ
ВО ОГУ
им.
И.С.Турген
ева"
22 Июн
2017
Модуль
поиска
"ФГБОУ
ВО ОГУ
им.
И.С.Турген
ева"
не указано
22 Июн
2017
Модуль
поиска
"ФГБОУ
ВО ОГУ
им.
И.С.Турген
ева"
не указано
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
Шаблон рамок для создания отчетов по
ГОСТу
не указано
не указано
не указано
[27] 0%
0,14%
[28] 0%
0,14% иванов иван иванычь ди.docx
не указано
18 Июн
2017
Кольцо
вузов
[29] 0,08%
3 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЖЕСТКИЕ
СТАЛЬНЫЕ ЕМКОСТИ:
СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ
0,13% ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
Днепропетровск 2009 УДК 624.954 ББК
38.728 Б-23 Рекомендовано к печати
решением Ученого совета
http://diss.seluk.ru
раньше
2011
Модуль
поиска
Интернет
[30] 0,13%
0,13% Диссертация_Стромов_А.В..pdf (5/5)
Модуль
http://science.vsu.
30 Янв 2015 поиска
ru
Интернет
[31] 0%
Никитина, Екатерина Александровна
0,13% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.10 Самара 2011
http://dlib.rsl.ru
[32] 0,13%
0,13% не указано
http://window.edu раньше
.ru
2011
[33] 0,07%
Ижикова, Алена Дмитриевна
0,13% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.03 Челябинск 2007
http://dlib.rsl.ru
3
раньше
2011
раньше
2011
Коллекция
РГБ
Модуль
поиска
Интернет
Коллекция
РГБ
[34] 0%
Кузнецов, Евгений Валерьевич
0,12% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.01 Красноярск 2007
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[35] 0,12%
Дровалев И.Н.Система защиты,
0,12% измерения и сигнализации по частоте
вращения главного судового двигателя
не указано
16 Июн
2017
Кольцо
вузов
[36] 0,04%
0,12% Витюк АП_ИГИН_НБ_НБз_2016.pdf
не указано
03 Июн
2016
Кольцо
вузов
[37] 0,05%
0,11% 790
Модуль
http://e.lanbook.c
09 Мар 2016 поиска ЭБС
om
"Лань"
[38] 0,1%
0,1%
ООО «Алитер-Акси» Офис: , СанктПетербург, ул.новгородская, 16. ГИП
Чистяков Константин Вадимович - PDF
Модуль
http://docplayer.ru 13 Сен 2017 поиска
Интернет
[39] 0%
0,1%
Диссертация на соискание ученой
степени кандидата технических наук
http://ugatu.su
Модуль
13 Дек 2016 поиска
Интернет
[40] 0%
А. Алиферов, С. Лупи Индукционный и
электроконтактный нагрев металлов
0,09%
Induction and direct resistance heating of
metals : [монография] Новосибирск 2011
http://dlib.rsl.ru
10 Сен 2015
Коллекция
РГБ
[41] 0%
Киселев, Александр Викторович
0,09% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.01 Томск 2014
http://dlib.rsl.ru
25 Дек 2015
Коллекция
РГБ
[42] 0,09%
0,09% Пояснительная записка.doc
не указано
25 Фев 2013
Кольцо
вузов
[43] 0%
0,09% 58753
Модуль
http://e.lanbook.c
09 Мар 2016 поиска ЭБС
om
"Лань"
[44] 0%
0,09% ISBN9785383000199.txt
не указано
26 Окт 2017
[45] 0%
Проектирование прессового
0,09% оборудования для производств
резинотехнических изделий
http://tstu.ru
Модуль
05 Авг 2017 поиска
Интернет
[46] 0,09%
Молодые ученые в решении актуальных
проблем науки. Сборник статей
студентов, аспирантов и молодых
0,09% ученых по итогам Всероссийской
научно-практической конференции (с
международным участием), 17-18 мая
2012 г. Том 1
Модуль
http://bibliorossic
поиска ЭБС
26 Мая 2016
a.com
"БиблиоРос
сика"
[47] 0,08%
0,08% загрузить
http://university.tv раньше
ersu.ru
2011
[48] 0%
Кожемякин, Андрей Владимирович
0,08% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.10 Самара 2012
http://dlib.rsl.ru
[49] 0%
Научно-технический вестник Поволжья.
0,08%
№ 5, 2011
Модуль
http://bibliorossic
поиска ЭБС
26 Мая 2016
a.com
"БиблиоРос
сика"
[50] 0%
0,08% Том 1
Модуль
http://portal.tpu.ru 26 Сен 2017 поиска
Интернет
4
раньше
2011
Кольцо
вузов
Модуль
поиска
Интернет
Коллекция
РГБ
[51] 0,07%
Юдин, Илья Рафаилович диссертация ...
0,07% кандидата технических наук : 05.14.04
Череповец 2006
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[52] 0,07%
0,07% диссертация Селихов А.В. 05.22.10
не указано
Модуль
поиска
"ФГБОУ
13 Окт 2017 ВО ОГУ
им.
И.С.Турген
ева"
[53] 0%
Шарапова, Ольга Юрьевна диссертация
0,06% ... кандидата технических наук : 05.13.06
Самара 2011
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
[54] 0%
0,06% ДиссертацияЮрин.pdf
Модуль
https://sovet.knast
11 Янв 2018 поиска
u.ru
Интернет
[55] 0,06%
0,06% Материалы конференции в pdf
Модуль
http://mstu.edu.ru 23 Дек 2016 поиска
Интернет
[56] 0,06%
Дипломы 2016 года
0,06% выпуска/ЩуркинДО_123832_бМЕТЛ41_
2016_1.txt
не указано
11 Янв 2017
Кольцо
вузов
[57] 0%
Прахт, Владимир Алексеевич
0,06% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.03 Екатеринбург 2007
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
0,06% 210736
Модуль
поиска ЭБС
http://biblioclub.r
"Университ
18 Апр 2016
u
етская
библиотека
онлайн"
[59] 0,02%
0,06% 273847
Модуль
поиска ЭБС
http://biblioclub.r
"Университ
20 Апр 2016
u
етская
библиотека
онлайн"
[60] 0%
"Сборник задач по курсу ""Организация
0,06% производства на машиностроительном
предприятии"""
https://book.ru
[61] 0,02%
0,06% 258628
Модуль
поиска ЭБС
http://biblioclub.r
"Университ
19 Апр 2016
u
етская
библиотека
онлайн"
[62] 0%
XII Международная учебно-научно0,06% практическая конференция
«Трубопроводный транспорт – 2017»,
http://rusoil.net
[63] 0,06%
0,06% 142270
Модуль
поиска ЭБС
http://biblioclub.r
"Университ
18 Апр 2016
u
етская
библиотека
онлайн"
[64] 0,04%
0,06% Пояснительная записка.doc
не указано
[58] 0%
5
03 Июл
2017
Коллекция
РГБ
Модуль
поиска ЭБС
"BOOK.ru"
Модуль
08 Сен 2017 поиска
Интернет
28 Мая 2014
Кольцо
вузов
[65] 0,06%
Региональная экономика : теория и
0,06% практика: научно-практический и
аналитический журнал. 2009. № 31/42
Модуль
поиска ЭБС
http://biblioclub.r
"Университ
20 Апр 2016
u
етская
библиотека
онлайн"
[66] 0%
Проектирование рабочих органов и
режимных параметров буровых станков
0,05%
для сложноструктурных горных
массивов
http://ibooks.ru
раньше
2011
Модуль
поиска ЭБС
"Айбукс"
[67] 0,05%
0,05% ISBN9785763825695.txt
не указано
26 Окт 2017
Кольцо
вузов
[68] 0,05%
0,05% 276789
Модуль
поиска ЭБС
http://biblioclub.r
"Университ
20 Апр 2016
u
етская
библиотека
онлайн"
[69] 0%
0,05% ISBN9785922111645.txt
не указано
26 Окт 2017
[70] 0,05%
0,05%
http://lib.tpu.ru
Модуль
09 Ноя 2017 поиска
Интернет
[71] 0%
0,05% 61364
http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2013/C02/C
02.pdf
Кольцо
вузов
Модуль
http://e.lanbook.c
09 Мар 2016 поиска ЭБС
om
"Лань"
[72] 0%
0,05% 135562
http://biblioclub.r раньше
u
2011
Модуль
поиска ЭБС
"Университ
етская
библиотека
онлайн"
[73] 0%
0,04% ISBN5704609880.txt
не указано
26 Окт 2017
Кольцо
вузов
[74] 0,01%
Электроснабжение и
электрооборудование цехов
0,04%
промышленных предприятий (для
бакалавров)
https://book.ru
03 Июл
2017
Модуль
поиска ЭБС
"BOOK.ru"
[75] 0%
Хацевский, Константин Владимирович
0,04% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.10 Павлодар Новосибирск
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[76] 0,02%
Купцов, Павел Владимирович
0,04% диссертация ... кандидата технических
наук : 05.09.10 Самара 2007
http://dlib.rsl.ru
раньше
2011
Коллекция
РГБ
[77] 0%
0,04%
0401_.ZIP/2016ВКР040145КОПЫТЬКО.
DOCX
не указано
19 Мая 2016
Кольцо
вузов
[78] 0%
0,04%
0401.ZIP/2016ВКР040145КОПЫТЬКО.do
cx
не указано
25 Мая 2016
Кольцо
вузов
[79] 0%
0,04% 2016ВКР040145КОПЫТЬКО.docx
не указано
25 Мая 2016
Кольцо
вузов
[80] 0,04%
0,04% 1
не указано
19 Мая 2016
Кольцо
вузов
6
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа