Дослідження фільтраційної установки для розплаву алюмінію
Автор: Іванюк Іван Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Сьогодні сплави алюмінію набули широкого використання в галузях машинобудуванні, електротехнічній, приладобудуванні, промисловому та цивільному будівництві, хімічній та ін. Якість металу характеризується вмістом неметалевих домішок у ньому і необхідно проводити очищення розплаву алюмінію фільтруючи його. Незначна кількість цих домішок у виливку суттєво покращує його якість, тому застосовуючи піно керамічні фільтри можливо покращити плинність розплаву. Проходячи через фільтр потоки металу по системі розмежованих каналів, рухаючись далі дрібні частинки у фільтруючому елементі не затримуються разом із потоком металу всередині каналів фільтра. Канали фільтра з часом забиваються і таким очищується метал від дрібних частинок. Встановлено, що метал пройшовши через піно керамічний фільтр (ПКФ) зменшується вміст розчиненого в металі газу, що позитивним у властивостях металу Тому удосконалення фільтраційної установки з комбінованим способом нагріву є актуальним. Нагрів ПКФ ефективно використовувати конвективне нагрівання, а для компенсації теплових втрат розплаву в жолобах та фільтраційній камері під час лиття - радіаційне нагрівання. Якщо застосувати радіаційний нагрів, він не прогріває піно керамічний фільтр (ПКФ) за всією його глибиною, а нагрівати алюміній гарячим повітрям неможна, для запобігання окислення, таким чином рекомендується використовувати комбінований спосіб нагрівання. Мета роботи полягає в удосконаленні фільтраційної установки з піно керамічним фільтром з комбінованим нагріванням, яка використовується у лінії плавильно-ливарного агрегату для механічного очищення розплаву 5 алюмінію від домішок з метою підвищення якості сплаву, ефективного як у режимі попереднього нагріву, так і в режимі лиття. Об’єктом дослідження є встановлення фільтрації розплаву алюмінію з комбінованим нагріванням. Предметом дослідження є теплові процеси у камері фільтрації, зокрема при конвективній теплопередачі в момент нагріву ПКФ та радіаційному нагріванні камери фільтрації з розплавом алюмінію. Магістерська робота присвячена питанням фільтрації розплаву алюмінію від домішок з метою підвищення його якості. Перший розділ відображає огляд і аналіз фільтраційних установок , охарактеризовано методи видалення неметалевих домішок, процес фільтрування частинок металу, показники ефективності фільтрації розплаву. Подано будову технологічний процес роботи фільтрів для металу. Здійснивши аналіз можна сказати наступне, що ефективну фільтрацію зможе забезпечити тільки фільтруючий елемент піно керамічного типу. Діючі установки не забезпечують фільтрації тому, що в них відсутній попередній нагрів і підтримання температури під час лиття, тому тема роботи є актуальною. Другий розділ магістерської роботи відображає розробку аналітичної моделі розрахунку фільтраційної установки під час розплаву алюмінію, розглянуто процес руху рідини під час вільної теплової конвекції, поставлена задача та проведено основні припущення. Подано коефіцієнт тепловіддачі та температура повітря, що охоплює поверхню. В програмному пакеті ANSYS розраховано конвективний тепловий потік через цю поверхню. Розраховано конструктивні розміри піно керамічного фільтра та встановлена ефективна площа фільтрації. З розрахунків математичної моделі встановлено що конвективний нагрівач фірми Leister ефективно прогріває камеру фільтрації та ПКФ за всім об’ємом. Враховуючи потужність одного нагрівача яка становить 15-17 кВт 6 камера фільтрації нагріється до температури 400°С за півгодини. Три однофазних нагрівачі скорочують час нагріву в 2 рази. В третьому розділі подана принцип роботи, будова фільтраційної установки, 3D модель, технічна характеристика та проведено її комп’ютерне моделювання. Для дослідження теплової задачі в камері фільтрації із піно керамічним фільтром використовували програмне забезпечення пакету ANSYS. Для нагріву фільтруючого елемента в установці передбачено електричний нагрівач в парі з вентилятором високого тиску. Запропоновано конструкцію фільтра з карбідо кремнієвими нагрівачами. Розроблено важільну систему паралельного відкривання кришки установки із використанням пневматичного приводу. На основі комп’ютерного моделювання обґрунтовано нагрівачі. Встановлено, що 3 однофазні нагрівачі фірми Leister потужністю до 10 кВт інтенсивно нагріють картридж фільтра до температури 650°С. Ключові слова: конвективний нагрівач, теплова задача, фільтраційна установка, алюміній, попередні нагрів, піно керамічний фільтр.