Chování taveniny při tavení kovových a nekovových materiálů elektromagnetickou indukcí ve studeném kelímku

Abstract

Předložená dizertační práce se věnuje návrhu a testování metod měření vlastností materiálů při teplotách vyšších něž 2000 °C. Jedná se o metody určování teploty likvidu a hustoty. Testování navržených metod spočívá v porovnání naměřených a referenčních dat uváděných v literatuře při použití různých směsí obsahujících Al2O3 a ZrO2. Dále je v práci stanoven tepelný tok z taveniny směsi ZrO2 a Fe2O3 do kalorimetru a studována závislost tloušťky skull vrstvy na teplotě při indukčním tavení oxidů ve studeném kelímku. Práce rovněž obsahuje návrh experimentů, který je nezbytný pro jejich následnou úspěšnou realizaci.

Motivací k volbě této problematiky je nutnost znalosti vlastností a chování materiálů při vysokých teplotách pro zvyšování spolehlivosti zařízení a pokrok techniky. Konvenčně používané metody však vykazují nevýhody, proto je vhodné hledat postupy jiné, které budou mít nevýhody odlišné a budou se tak navzájem doplňovat.

Disertační práce je rozdělena do deseti kapitol. První kapitola se zaměřuje na vysvětlení motivace ke zpracování tématu a na definování cílů práce. Druhá část stručně popisuje konvenčně používané metody pro určování hustoty a teploty likvidu materiálů. Následuje kapitola 3 zabývající se indukčním tavení ve studeném kelímku a jednotlivými fázemi celého procesu tavení. V této kapitole je proveden i přibližný výpočet množství startovacího materiálu potřebného pro úspěšnou startovací fázi plánovaných experimentů. Navrhované metody pro měření vlastností taveniny a použité přístroje jsou popsány ve 4. kapitole. Kapitoly 5 a 6 se věnují návrhu experimentů - první z nich se zabývá stanovením výkonu dodávaného do taveniny potřebného pro dosažení požadovaných parametrů, a druhá pak matematickým modelem respektujícím elektromagnetické pole. Výstupem z matematického modelu je geometrie indukčního systému zabezpečující dosažení výkonu stanoveného v předchozím kroku. Dále je proveden popis uskutečněných experimentů v kapitole 7. V kapitole 8 jsou uvedeny výsledky chemických analýz vzorků získaných během experimentů. Následuje kapitola 9 obsahující vyhodnocení určovaných veličin z experimentů. Na závěr jsou shrnuty výsledky práce, a naznačen směr budoucího výzkumu.

Navržené metody se ukázaly být použitelné pro stanovování požadovaných parametrů s dostatečnou přesností. Rovněž byla identifikována možná vylepšení metody měření hustoty, která by vedla ke snížení nejistoty měření a zvýšila jeho přesnost.