Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, Пермь, Россия:

С. Ю. Хрипченко, ведущий научный сотрудник, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: khripch@icmm.ru
В. М. Долгих, старший научный сотрудник, канд. техн. наук

В последнее время для улучшения качества и структуры слитков, получаемых из алюминиевых сплавов при полунепрерывном литье, предлагается применять так называемое двунаправленное магнито-гидродинамическое перемешивание (МГД-перемешивание). В этом случае бегущее и вращающееся магнитные поля непрерывно воздействуют на поступающий в теплую верхнюю часть кристаллизатора металл и создают в нем вертикальное и азимутальное перемешивающее течение. Однако при реализации такого процесса не удается получить осесимметричное течение, что важно для формирования слитка, состоящего из полоидальной и тороидальной моды вследствие перекрестного взаимодействия бегущего и вращающегося магнитных полей. Рассмотрена возможность симметризовать течение путем поочередного воздействия на кристаллизующийся металл вращающимся и бегущим магнитными полями. При поочередном включении этих полей исключается их взаимодействие. Описаны эксперименты по влиянию на кристаллизующийся алюминиевый сплав АК7 непрерывно и одновременно действующих бегущего и вращающегося магнитных полей, а также по их поочередному воздействию. Исследования показали, что измельчение зеренной структуры кристаллизовавшегося сплава проводится главным образом тороидальным течением, генерируемым вращающимся магнитным полем. Полоидальное течение, вызываемое бегущим магнитным полем и добавляемое к тороидальному, ведет к укрупнению зерна. Также установлено, что при поочередном включении бегущего и вращающегося магнитных полей, воздействующих на кристаллизующийся сплав, возможны режимы, при которых размер зерен (в структуре получаемого слитка) меньше, чем в случае непрерывно воздействующих магнитных полей. Необходимо добавить, что для создания режима поочередного воздействия бегущим и вращающимся магнитными полями расходуется электроэнергии в два раза меньше, чем в случае режима непрерывно действующих магнитных полей.

Работа была поддержана грантом РФФИ № 19-48-590001 р_а.

1. Timofeev V., Khatsayuk M. Theoretical Design Fundamentals for MHD Stirrers for Molten Metals // Magnetohydrodynamics. 2016. Vol. 52, No. 4. P. 495–506.
2. Борисов В. Г. Технология производства фасонных изделий из алюминиевых сплавов методом тиксоформовки. Проблемы и решения // Технология легких сплавов. 2016. № 2. С. 71–79.
3. Протоковилов И. В. МГД технологии в металлургии // Современная электрометаллургия. 2011. Т. 105. № 4. С. 32–41.
4. Borisov V. Aluminum-Dased Composite Billets Produced by Plasma Injectin and Thixocasting // Light Metal Age. 2017. P. 48–51.
5. Пат. 2144573 РФ. Устройство для введения мелко дисперсных компонентов в матричный металлический расплав / Борисов В. Г., Юдаков А. А., Хрипченко С. Ю., Денисов С. А., Зайцев В. Н. ; заявл. 27.06.1995 ; опубл. 20.01.2000.
6. Grants I., Räbiger D., Vogt T., Eckert S., Gerbeth G. Application of magnetically driven tornado-like vortex for stirring floating particles into liquid metal // Magnetohydrodynamics. 2015. Vol. 51, No. 3. P. 419–424.
7. Cramer A., Pal J., Gerbeth G. Experimental investigation of a flow driven by a combination of a rotating and a traveling magnetic field // Phys. Fluids. 2007. No. 19. P. 109–118.
8. Хрипченко С. Ю., Долгих В. М., Денисов С. А., Колесниченко И. В., Никулин Л. В. Формирование структуры и свойств алюминиевых слитков в условиях магнито гидродинамического воздействия // Цветные металлы. 2013. № 4. С. 70–73.
9. Eckert S., Nikrityuk P. A., Willers B., Rëbiger D., Shevchenko N. et al. Electromagnetic melt flow control during solidification of metallic alloys // Eur. Phys. Journal Special Topics. 2013. Vol. 220. P. 123–137. DOI: 10.1140/epjst/e2013-01802-7.
10. Khripchenko S. Yu., Siraev R. R. Influence of toroidal mhd stirring on liquid metal crystallization front motion and heat transfer in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. 2019. Vol. 55, No. 4. P. 271–278. DOI: 10.22364/mhd.55.4.4.

11. Räbiger D., Leonhardt M., Eckert S., Gerbeth G. Flow control during solidification of SnPb-alloys using time-modulated AC magnetic fields // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2011. Vol. 27. DOI: 10.1088/1757-899X/27/1/012053.
12. Stiller J., Koal K., Nagel W. E., Pal J., Cramer A. Liquid metal flows driven by rotating and traveling magnetic fields // Eur. Phys. Journal Special Topics. 2013. Vol. 220. P. 111–122.
13. Khripchenko S. Yu., Siraev R. R., Denisov S. A., Dolgikh V. M., Kolesnichenko I. V. Liquid metal flow exposed to modulated travelling and rotating magnetic fields in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. 2018. Vol. 54, No. 4. P. 373–381. DOI: 10.22364/mhd.54.4.5.