Теория и практические методы плавки в холодном тигле (стр. 3 из 4)
- величина тепловых потерь с зеркала расплава: 10 Вт/см2;
При этом также возможно:
- изменять значения потерь в бок и дно тигля;
- изменять плотность, электропроводность, теплоемкость и теплопроводность расплава;
- выбирать между решением электрической задачи по току индуктора, по напряжению на индукторе и по плотности тока на индукторе;
- выбирать начальное время.
В разработке электрогидродинамической модели не учитывается холодный тигель (ХТ). Для учета влияния ХТ в модели используется так называемый метод приближения, который заключается в том, что берется площадь занимаемая трубками ХТ и данное кольцо полученное из трубок тигля вычитается из площади сечения индуктора. В модели индуктор приближен к расплаву на ту площадь, которую занимали трубки ХТ. Это позволяет провести расчеты, сымитировать ХТ.
2.2 Опыт проведенный на кафедре ЭТПТ
2.2.1 Температурные измерения
Проведение теста заключалось в измерении профиля температур с помощью 8 термопар. Измерение производилось при 3х различных режимах работы генератора. Опускание блока термопар вглубь расплава производилось не плавно, а ступенчато с шагом 10мм при заглублении 0 – 150 мм и с шагом 5 мм при опускании на глубину 150 – 180 мм в первом режиме. Так как термопары имели кварцевые чехлы, то после второго режима некоторые из них вышли из строя. В результате высоких температурных перепадов произошло растрескивание кварцевых чехлов и для получения результатов было решено увеличить шаг: во втором режиме шаг равен 10 мм при 0 – 180 мм и 10 - 20 мм при третьем режиме работы генератора . Измерения производились только при опускании термопар, из-за высоких температур нахождение долгое время в расплаве термопар было невозможно.
Как уже упоминалось ранее, для проверки правильности и точности модели модель разрабатывалась под уже существующую установку, и процессы смоделированы по опыту, который проводился на кафедре ЭТПТ. Целью опыта было по измерение профилей температур в расплаве стекла для трех режимов генератора с помощью высокотемпературных термопар.
Измерение температуры расплава и получение картины теплового поля в расплаве производилось с помощью 8 термопар. Система крепления и схема самой термопары рассмотрены ниже.
Схема термопары и ее геометрические размеры:
Рис 2. Схема термопары и ее геометрические размеры
Расположение термопар:
Рис.3 Рисунок термопар с кварцевым покрытием (чехлом)
1 – подвижная трубка; 2 – соединение трубки с крепление блока термопар; 3 – крепёжный пластина;
4 – термопары; 5 – скобы крепления; 6 – вертикальный алюминиевый крепеж.
На рис № 4 представлено расположения блока термопар. Так как представленная индукционная система является осесимметричной, то отпадает необходимость установки термопар по всему поперечному сечению холодного тигля.
Рис 4. Вид смонтированной системы крепления и перемещения Pt-Pt/Rd термопар
2.2.2 Результаты эксперимента
В результате проведенного эксперимента были получены данные температурных полей, которые представлены в виде сводных таблиц результатов измерений, которые показывают значение температуры каждой термопары на определенной глубине в расплаве при различных режимах плавки.
Показания действующих термопар в первом режиме представлены в таблице 1.
Таблица 1. Показания действующих термопар в первом режиме
| Погружение в расплав –h, мм | Температура, °C | |||||||
| Номера термопар | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 0 | 878,8 | 906,6 | 938,2 | 928,29 | 921,1 | 850,6 | 926,5 | 1 000,6 |
| 10 | 1 042,8 | 1 165,7 | 1 260,4 | 1 135,6 | 1 139,2 | 1 178,0 | 1 263,5 | 1 313,2 |
| 20 | 1 188,5 | 1 328,8 | 1 318,2 | 1 311,4 | 1 264,3 | 1 340,5 | 1 362,1 | 1 440,9 |
| 30 | 1 253,4 | 1 261,6 | 1 383,9 | 1 314,9 | 1 387,4 | 1 360,0 | 1 389,8 | 1 451,5 |
| 40 | 1 280,0 | 1 322,5 | 1 367,3 | 1 335,6 | 1 381,6 | 1 390,2 | 1 421,0 | 1 426,6 |
| 50 | 1 326,7 | 1 347,4 | 1 355,0 | 1 346,8 | 1 393,0 | 1 400,0 | 1 414,6 | 1 386,6 |
| 60 | 1 337,2 | 1 312,8 | 1 343,3 | 1 365,9 | 1 353,6 | 1 401,8 | 1 409,9 | 1 386,4 |
| 70 | 1 324,7 | 1 335,0 | 1 329,8 | 1 331,9 | 1 356,8 | 1 379,7 | 1 372,7 | 1 357,0 |
| 80 | 1 322,0 | 1 325,6 | 1 322,2 | 1 331,3 | 1 335,7 | 1 348,9 | 1 349,1 | 1 321,7 |
| 90 | 1 275,0 | 1 299,1 | 1 281,1 | 1 298,9 | 1 293,5 | 1 288,9 | 1 309,3 | 1 282,7 |
| 100 | 1 237,0 | 1 240,6 | 1 237,4 | 1 241,4 | 1 234,0 | 1 235,1 | 1 239,9 | 1 248,2 |
| 110 | 1 177,1 | 1 176,9 | 1 165,6 | 1 176,7 | 1 172,4 | 1 174,3 | 1 180,2 | 1 186,5 |
| 120 | 1 097,0 | 1 108,8 | 1 098,0 | 1 105,2 | 1 106,5 | 1 106,0 | 1 118,1 | 1 107,5 |
| 130 | 1 040,6 | 1 052,8 | 1 042,2 | 1 045,6 | 1 045,1 | 1 043,3 | 1 046,5 | 1 011,7 |
| 140 | 987,2 | 995,0 | 984,9 | 995,0 | 986,3 | 987,1 | 980,6 | 918,7 |
| 150 | 925,1 | 928,9 | 921,2 | 925,7 | 915,1 | 904,4 | 876,9 | 772,6 |
| 155 | 915,9 | 917,1 | 908,6 | 912,0 | 905,2 | 890,6 | 859,9 | 773,1 |
| 160 | 879,0 | 879,0 | 881,2 | 871,7 | 863,4 | 836,6 | 788,7 | 722,7 |
| 165 | 853,4 | 854,4 | 853,2 | 848,5 | 836,8 | 802,8 | 747,3 | 701,5 |
| 175 | 801,0 | 800,4 | 801,4 | 789,3 | 770,9 | 727,0 | 682,3 | 694,0 |
| 180 | 750,2 | 751,2 | 752,9 | 745,6 | 736,8 | 708,4 | 674,3 | 689,72 |
Показания действующих термопар во втором режиме представлены в таблице 2.
Таблица 2. Показания действующих термопар во втором режиме
| Погружение в расплав –h, мм | Температура, °C | |||||||
| Номера термопар | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 0 | 1137,9 | 1291,1 | 1270,6 | 1240,6 | 1286,1 | 1385,7 | 1447,6 | - |
| 10 | 1098,3 | 1233,6 | 1266,4 | 1306,4 | 1297,8 | 1386,9 | 1413,7 | - |
| 20 | 1065,4 | 1170,2 | 1092,3 | 1209,4 | 1295,4 | 1346,6 | 1428,3 | - |
| 30 | 1262,9 | 1286,6 | 1299,2 | 1330,3 | 1318,1 | 1363,3 | 1365,9 | - |
| 40 | 1344,3 | 1293,2 | 1265,6 | 1319,5 | 1318,4 | 1335,1 | 1343,9 | - |
| 50 | 1214,6 | 1296,4 | 1183,3 | 1283,4 | 1303,8 | 1299,0 | 1309,3 | - |
| 60 | 1226,4 | 1274,0 | 1200,1 | 1264,1 | 1278,3 | 1281,8 | 1301,4 | - |
| 70 | 1173,6 | 1202,6 | 1196,7 | 1237,7 | 1229,4 | 1258,1 | 1252,7 | 1271,3 |
| 80 | 1162,4 | 1166,3 | 1150,5 | 1161,4 | 1166,0 | 1134,9 | 1171,0 | 1141,6 |
| 90 | 1123,4 | 1123,0 | 1110,0 | 1126,2 | 1141,3 | 1080,4 | 1129,9 | 1073,6 |
| 100 | 1121,8 | 1127,0 | 1109,1 | 1128,3 | 1138,0 | 1085,9 | 1154,0 | 1058,4 |
| 110 | 1116,9 | 1123,2 | 1104,8 | 1122,1 | 1124,0 | 1098,8 | 1155,4 | 1058,5 |
| 120 | 1099,4 | 1108,0 | 1088,2 | 1105,0 | 1108,3 | 1085,7 | 1148,8 | 1015,0 |
| 130 | 1050,7 | 1064,9 | 1050,3 | 1064,8 | 1073,0 | 1045,6 | 1087,5 | 951,9 |
| 140 | 1023,3 | 1038,4 | 1024,1 | 1034,4 | 1045,1 | 1019,1 | 1023,5 | 921,5 |
| 150 | 971,8 | 959,7 | 965,9 | 978,5 | 987,6 | 968,1 | 1021,0 | 790,4 |
| 160 | 941,0 | 879,9 | 924,3 | 940,8 | 944,6 | 928,7 | 967,2 | 708,0 |
| 170 | 888,3 | 879,8 | 874,6 | 902,9 | 904,1 | 902,3 | 881,1 | 644,3 |
| 180 | 800,7 | 801,2 | 792,0 | 787,7 | 776,1 | 745,3 | 693,7 | - |
Показания действующих термопар в третьем режиме представлены на таблице 3. В таблице отсутствие термопар с номерами 1 и 2 связано с их выходом из строя, следовательно, данные с них в 3 режиме не были получены.
Таблица 3. Показания действующих термопар в третьем режиме
| Погружение в расплав –h, мм | Температура, °C | |||||
| Номера термопар | ||||||
| 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 20 | 1251,4 | 1043,5 | 1277,5 | 1312,4 | 1319,5 | 1391,3 |
| 40 | 1254,0 | 1116,7 | 1274,7 | 1356,3 | 1372,8 | 1392,2 |
| 60 | 1267,2 | 1170,7 | 1239,8 | 1303,8 | 1306,7 | 1313,7 |
| 80 | 1244,8 | 1175,1 | 1218,9 | 1242,1 | 1295,8 | 1295,2 |
| 100 | 1158,5 | 1186,0 | 1138,8 | 1178,16 | 1174,34 | 1184,92 |
| 120 | 1057,94 | 1041,72 | 1060,96 | 1046,4 | 1090,4 | 1036,6 |
| 140 | 939,9 | 1016,73 | 948,47 | 978,94 | 1005,17 | 943,45 |
| 150 | 921,28 | 971,4 | 896,3 | 877,7 | 746,9 | 671,6 |
| 170 | 901,6 | 956,2 | 902,2 | 834,2 | 734,7 | 657,4 |
| 180 | 845,5 | 879,0 | 843,2 | 799,6 | 737,4 | 657,4 |
В таблицах 1-3 помечены курсивом значения выпадающие из допустимого диапазона температур это может быть связано с электромагнитными наводками на спае термопар при соприкосновении с расплавом; отсосом тепла в спае термопар и кварцевый чехол с зеркала расплава. Жирным показаны оптимальные значения температур. Прочерки в таблицах это отсутствие данных с термопары на данном этапе.