Миксер для алюминиевых сплавов
На металлургических заводах применяют разные технологии получения необходимых сплавов. Одна из них — использование печей-миксеров. В такую печь заливается расплавленный металл, а затем в него добавляют легирующие элементы и смешивают, чем и объясняется название «миксер». В такой печи металл также может выдерживаться до нужного состояния, чтобы затем разливаться в слитки.
Красноярские ученые и инженеры работали над миксером для смешивания и выдержки алюминия еще в советские годы, и до сих пор технологии продолжают совершенствоваться. Разработки проводят на базе Политехнического института СФУ и предприятия «Научно-производственный центр магнитной гидродинамики», которое было создано в 1990 году специально для практической реализации научных идей. За годы работы НПЦ ввел в эксплуатацию поворотные электрические миксеры на алюминиевых заводах в Братске, Новокузнецке, Саяногорске, Иркутске, а также два самых больших в России миксера емкостью 100 тонн — на КРАЗе.
Новая система нагрева
Несмотря на такие весомые достижения, ученые продолжают работать над улучшением технологии. Например, научная разработка исследовательского коллектива «НПЦ магнитной гидродинамики» и выпускника аспирантуры Политехнического института СФУ Михаила Кучинского помогла усовершенствовать систему нагрева поворотного миксера сопротивления для приготовления алюминиевых сплавов.
«Уже существующие системы нагрева, которые применяются в печах, представляют собой трубчатые нагреватели, которые характеризуются низкой тепловой эффективностью и к тому же быстро разрушаются из-за постоянных высоких температур и агрессивной внутрипечной атмосферы. Даже при использовании защитных экранов такие элементы обычно не служат более года и являются расходным материалом», — говорит Михаил.
Отсюда возникла идея научной разработки, которая заключалась в том, чтобы поместить нагреватель в свод, выполненный из огнеупорного бетона. При этом увеличивался не только срок службы элемента, но и возрастала интенсивность теплового потока между нагревательным сводом и расплавом металла, а значит, повышалась и эффективность работы миксера в целом.
«Мы полностью поменяли конструкцию системы нагрева. Если обычно нагреватели располагаются над расплавом либо в открытом виде, либо в металлических экранах, то теперь они находятся в огнеупорном бетонном своде, который защищает от взаимодействия с агрессивной внутрипечной средой и от паров металла. Причем площадь свода больше, чем просто трубок, поэтому и теплообмен становился интенсивнее. Эффективность повышается за счет этого практически в два раза, как и срок эксплуатации нагревательного элемента», — добавляет исследователь.
Таким образом, разработанный нагреватель может служить порядка двух лет без замены.
Исследования и испытания
Проблемой улучшения эксплуатационных характеристик нагревательных элементов миксеров для выдержки алюминия в Политехническом институте занимались и раньше. Михаил Кучинский, будучи аспирантом, доработал идею, провел математическое моделирование и экспериментальные исследования на собранном опытно-промышленном образце миксера. Сборка оборудования проходила на базе уже упомянутого предприятия «НПЦ магнитной гидродинамики», а научные исследования удалось провести за счет выигранного гранта программы УМНИК.
Научное исследование, которое поможет спасти жизни«Мне предложили попробовать поучаствовать в грантовом конкурсе, и я согласился, поскольку знал, что у нас на кафедре „Электротехнологии и электротехники“ уже есть примеры успешной защиты. И если на НПЦ мы проводили сборку и эксперименты, то УМНИК помог расширить возможности в сфере НИОКР. 400 тысяч рублей, выигранные на конкурсе, оказались существенной поддержкой. Проект сам по себе затратный, одни только расходы на разработку и введение в эксплуатацию миксера составляют уже более миллиона рублей, но совместное финансирование помогло полноценно заниматься исследовательской деятельностью», — рассказывает Михаил Кучинский.
После этапа расчетов и испытаний опытного образца миксера был собран первый миксер, пригодный для экспериментов в полноценных промышленных условиях: «В собранном миксере мы удерживали металл и полностью оценивали эксплуатационные характеристики. В результате были выявлены некоторые недостатки, которые устранялись на второй год работы в рамках грантовой программы, которая в целом рассчитана как раз на два года».
В результате были доработаны конструктивные параметры миксера, устранены локальные перегревы и снижены потери тепла. Еще спустя время на НПЦ появился второй миксер с усовершенствованной системой нагрева емкостью 100 кг. Оба они теперь эксплуатируются на красноярских предприятиях.
«В перспективе такой технологией можно оснащать и многотонные миксеры, для этого необходимо доработать конструкцию системы нагрева, и такие исследования уже ведутся. Причем раньше сроку службу нагревательных элементов не придавали такого большого значения, так как регулярная замена считается нормой, а их стоимость как расходного материала закладывается в конечную цену продукта. Но поскольку, помимо срока службы системы нагрева, происходит повышение эффективности работы миксера в целом, этот проект можно считать довольно перспективным», — заключил Михаил Кучинский.
Как принять участие в программе УМНИК
Молодые учёные продолжают получать поддержку в рамках программы УМНИК. По всем вопросам, касающимся участия в программе, подачи заявки и получения консультаций, можно обращаться в проектный офис Красноярского регионального инновационно-технологического бизнес-инкубатора: Юлия Грибанова — начальник проектного офиса, тел. (391) 201-77-77, почта gub@kritbi.ru. Группа программы в VK: vk.com/umnikras.
В этом году прием заявок продолжается до 27 сентября, а финал состоится в КГАУ «КРИТБИ» 10-11 ноября. Размер гранта составляет 500 тыс. рублей.
Кристина Иванова специально для интернет-газеты Newslab,
фото предоставлены героем материала
