Manyetik Demiryolu Mills'te Süpermodükleme Magnetleri: Kapsamlı Bir Genel Bakış

Çelik üretim endüstrisi sessiz bir devrim geçiriyor, endüstriyel metal şekillendirmenin kabul edilmesiyle tahrik ediliyor, dirençli ısı ve manyetik alan saturasyonun, metallerin nasıl şekillendirildiğini ve işlendiğini, sıfır direnç ile elektrik üretme seviyelerini sunuyor - bu makale, fizik, uygulama, avantaj ve manyetik alan doğranma sınırlarını araştırıyor.

Superconducting Magnets nedir?

Superconducting Magnets, süperconducting malzemelerden inşa edilen elektromagnetlerdir - bu magnetler veya seramikler ısıyı yapmadan, 20 Tesla'yı (T) sürekli olarak aktarabilir (T) ile [Döneticiler, 0.0 elektriksel direnç gösterir.Bu fenomen, 1911'de Heike Kamerlingh Onkuzaymanya materyalini üretmek ve 20 Tesla'yı (T) sürekli olarak ağırlayan manyetik alanları üretmek için sınırlıdır.

Bu performans anahtarı, süper iletkenlik veya fononlarcadır.Bu kayıp akış, bir kez mıknatısın enerjilendirilmesi anlamına gelir, ancak uygulamada "prodüktör modu" olarak adlandırılır.

Bugün en endüstriyel süper iletken mıknatıslar düşük ısıtıcılar (LTS) örneğin niobium (NbTi) veya niobium-tin (Nb) veya bismuth strontium (YBCO) gibi yüksek sıcaklık süper iletkenliği ile çalışır.

Manyetik Demiryolu Mills'teki Superconducting Magnets'in Rolü

Manyetik Demiryolu Mill Operasyonları İlkeleri

Manyetik bir yuvarlanma değirmeni, metal bir şerit (tipik olarak çelik) kontrol etmek ve yönlendirmek için manyetik alanlar kullanır, çünkü bu mekanik kılavuzları fiziksel temas olmadan şerite değiştirir. şerit, hizaya ve gerilim altında tutmak için şeritle iletişim kurar.

Bu etkili bir şekilde çalışmak için, manyetik alan hem büyük boşluklar üzerinde hem güçlü hem de son derece üniforma olmalıdır. Weak fields kalın veya ağır şeritlerin ağırlığını destekleyemez ve non-uniform alanlarının normal deformasyona neden olur. Superconducting Magnets burada, çünkü 5-10 T'u büyük boşluklar üzerinde üretebilirler, geleneksel elektromagnetlerle dolu.

Demiryolu Sürecinde Entegrasyon

Tipik bir değirmen düzenlemesinde, bir veya daha süper iletken mıknatıslar yukarıda ve aşağıda sıralanıyor veya kenarlarında, metali sınırlayan bir manyetik kutu yaratıyor. şeritin birden fazla standla girdiği gibi, süper iletken mıknatıslar, boğayı engelleyen bir stabilizasyon kuvveti sağlar, sohbet eder veya yan yanar.Bu özellikle de sürekli olarak yuvarlanır, şeritin yüzlerce metre uzunluğundaki ve çoklu standlarla uyum sağlamalı.

Alan gücü, mevcutları süper iletkenlik içinde ayarlayarak tam olarak kontrol edilir. Modern sistemler gerçek zamanlı sensörler (örneğin, lazer profilometreler ve eddy-şimdiki problar) tüm bant genişliği ve inşaat endüstrilerine geri beslemeyi sağlar.

Superconducting Magnets'i Rolling Mills'te kullanmanın avantajları

Üstün Manyetik Alan Güçlü

En belirgin avantaj, 5 T.'nin üzerindeki sürekli manyetik alanları üretme yeteneğidir, bu doğrudan yüksek tutma kuvvetlerine dönüştürür. 10-T mıknatısı, daha zayıf alanların, daha önce imkansız veya gerekli olan plaka kalınlığını çalıştırmasına izin verir. Yüksek alan, düşük elektrik iletkenliği ile şeritlerin etkili kontrolünü sağlar (örneğin, paslanmaz çelik veya demir olmayan alaşımları destekler), daha zayıf alanların yetersiz eddy akımlarını zayıflatır.

Dramatically Enerji Tüketimini Azladı

Konvansiyonel elektromagnetler bakır rüzgarlarında ısı olarak önemli bir enerji harcıyorlar. 500 A'de çalışan tipik bir 1-T elektromagnet, büyük bir endüstriyel sistem için 50 kW veya daha fazla ısıtılabilir. Superconducting Magnets, bir kez şarj, rüzgarlı sıfır gücü tüketebilir (yalnızca devam eden tüketim, bu da büyük bir karbon ayak izi ve sıvı pompasının en yüksek maliyetle 5–15 kW olduğunu). 7/24 bir operasyon için, enerji tasarrufu, bir kez, bu kadar düşük maliyetlidir.

Geliştirilmiş Hassasiyet ve Ürün Üniforması

Bir süper iletken mıknatıs alanı - dirençli mıknatıs güç malzemeleri ile ilişkili dalga ve sürüklenme alanından bağımsız - striptiz pozisyonu ve gerginlikten sıkı kontrol.

  • [FONT=0)Better ölçüm tutarlılığı:[Dönder:[Dönder: 1 ) Bantlının içindeki Kalınlık varyasyonu nominal% ±1'den daha az azaltılabilir.
  • [[0)En iyi yüzey kalitesi:[Dönetici:[Dönetici:0) Mekanik kılavuzlardan herhangi bir bağlantı veya rulo işareti yoktur.
  • [FONT:0)Redüklenen kenar çatlakları:[Dönemli stres dağılımı, şerit kenarlarında mikrokrayları.

Bu gelişmeler primli ürün verimini arttırır ve kazıyı azaltır. Yüksek hacimli değirmenlerde, atıklarda% 0.5 azaltımı yıllık milyonlarca dolar tasarruf edebilir.

Düşük Bakım ve Genişletilmiş Ekipman Yaşam

Konvansiyonel manyetik yuvarlanma değirmenleri mekanik bileşenlere güveniyor - kılavuz rulolar, taşıyıcılar, sensörler - bu aşınma ve sık sık yedek gerektirir. Superconducting sistemleri kontaktsız, bu yüzden magnetin kendisi üzerinde mekanik bir aşınma yoktur.

Yüksek İşleme Hızları

Alan gücü meydanında manyetik kuvvetler ölçeklendiğinde, süper iletken bir değirmen aynı kabak gücü elde edebilir ve daha yüksek şerit hızlarında büyük bir artış gösterebilir. Geleneksel bir manyetik değirmen 500 m /min ile sınırlı olabilir, süper iletken değirmen 1200 m / daha fazla çalışabilir.

Meydanlar Facing Superconducting Rolling Mills

Ağojenik Kompleksi ve Maliyet

En önemli engel, krigen soğutma ihtiyacıdır. Low- Sıcaklık süper iletkenleri sıvı helium 4.2 K'de gerektirir ve 5-10 litrelik elektrikli su geçirmez sistemi ilk maliyeti 20-40'ı mıknatıs maliyetine kadar harcıyor ve değirmen daha fazla ağarmış olur (örneğin, 77 K soğutma daha fazla yumuşak ağartıcı ağartıcı ve soğuk su geçirmez ceketler).

Superconductors'un Malzeme Sınırları

NbTi ve Nb)3)Sn iyi düşünülmüş olsa da, mekanik titreşimler ve ısınmış bir çelik değirmen ortamında doğal olarak hasar görebilirler. HTS kasetleri, daha esnek olsa da, tekrarlanan bükme veya termal stres altında tekrarlanan bozulmadan acı çekebilirler. Araştırmacılar daha sağlam bant teknikleri geliştiriyorlar.

Endüstriyel Contaminants için Exposure

Çelik değirmenler, iletken parçacıklar (ölmüş, demir toz) ve nezzi ile tozlu ortamlardır.Eğer bu kirleticiler mıknatıs kriostat veya elektrik yalıtımuna girerse, kısa devrelere veya yaylara neden olabilirler. süperconducting bantını bir hismetik ağarmış silücreler ve filtrelenmiş purge gazları kullanmak önemlidir, ancak karmaşık ve denetim gereklilikleri ekler.

Yüksek İlk Yatırım

Süper iletken bir mıknatıs sistemi sermaye maliyeti - mıknatısın kendisi dahil, 7/24 çalışan, enerji tedariki ve kontrol elektronikleri - geleneksel bir elektromagnet için 2-3 kez. Haftada sadece birkaç gün çalışan bir değirmen için, geri ödeme süresi çok uzun olabilir.

Mevcut Araştırma ve Geliştirme

Yüksek performanslı Superconductors (HTS)

ReBCO (rare-the barium bakır oksit) gibi HTS malzemelere odaklanılıyor. Bu iletkenler, Kyoto Üniversitesi ve Nippon Steel arasında bir işbirliği, 800 m / 4 adet prototip HTS mıknatısı, geleneksel kontrollerle kıyasla daha fazla bir şekilde kontrol edilen 7T aşamalı bir çelik şerit ile.

Superconducting Flux Pumping

Dış güç malzemeleri için ihtiyacı azaltmak için, araştırmacılar flux pompalar geliştiriyorlar - mevcut olan süper iletken bir banta doğrudan elektrik bağlantısı olmadan enjekte ediyor.Bu, bakır akımının ısıyı ağlayan, ağojenik yüke düşürdüğü anlamına geliyor.

Hibrit Magnet Sistemleri

Bazı değirmenler, ana alan ve geleneksel bakır tırnakları hızlı dinamik ayarlamalar için bir süper iletken mıknatısın bir kombinasyonunu kullanır.Bu hibrit yaklaşım, yüksek temel alanlı bir mıknatıs alanı sağlarken, geçici olaylar için hızlı değişken değiştirme yeteneği korurken (örneğin, şerit kalınlığı değişiklikleri) Simülasyon çalışmaları, hibrit sistemlerin yalnızca tasarımdan 1-2 daha iyi kalınlık kontrolü elde edebileceğini göstermektedir.

modüler Ağostat Tasarımları

Bakım süresini azaltmak için, birkaç satıcı ek-ve-play süperconducting Magnet modülleri geliştiriyor. Tüm magnet ve kriostat meclisi kaldırılabilir ve bir değişim içinde değiştirilirken, hata ünitesi tamir için gönderilir.Bu modüler yaklaşım, sürekli döküm ve Tandem değirmenlerinin yüksek talepleri için kritiktir.

Superconducting Demiryolu Mills için Future Outlook

Manyetik yuvarlanma değirmenlerinde süper iletken mıknatısların benimsenmesi, ArcelorMittal, POSCO ve Nucor dahil olmak üzere önümüzdeki on yıl boyunca hızlanan ve fiyatların düşmesi bekleniyor (yaklaşık 100/kA-m’dan itibaren 10 /kA-m), maliyet bariyerin, ArcelorMittal, POSCO ve Nucor dahil olmak üzere birkaç büyük çelik üreticisine indirgenebileceğini gösteriyor.

Ayrıca, ağır endüstrideki net-zero karbon emisyonlarının doğru yolu, özellikle cazip bir şekilde mıknatıslar üretiyor. Doğrudan elektriksel güç tasarrufu (gösterici kayıplar) ve lubricating yağların ve mekanik aşınma parçalarının ortadan kaldırılması her iki karbon ve maliyetle daha düşük gösteriyor. Lifecycle analysis, süper iletken bir yuvarlanma değirmeninin yaşam boyu% 30 daha az CO2 yaydığını gösteriyor.

Avrupa Birliği'nde hükümet araştırma fonu (örneğin, Ufuk Europe), Japonya (NEDO), ve ABD (DOE Advanced Manufacturing Office) 2030 yılına kadar ilk ticari süper fabrikalara yol açabilir.

Gelecekte, tamamen süper iletken yuvarlanma değirmenlerini de görebilir, tüm şerit yüzleri bir manyetik yatakdan çıkışa girişten çıkmak için manyetik bir ortamda yüz yüzen. Bu, 2000 m /min üzerindeki hızlara izin verir ve ince-strip üretimi için kutsal bir grail.

Anahtar Endüstri Oyuncular ve Uygulamaları

Birkaç şirket metal işleme için süper iletken mıknatıslar ticarileştirmek:

  • [FONT:0]ASG Superconductors[[Dönetici: 1) NbTi ve Nb3Sn Magnets for Steel-mill pilot bitkiler.
  • [FONT=0]Bruker EST[[Dönetici:0) [FONT:0]Bruker EST[[FONTT:1) – metal şekillendirme için HTS mıknatısları üretiyor ve bir Alman alüminyum ekstrüderine bir birim teslim etti.
  • [FONT=0)SuperOx[[[Dönemli: 1) [Rusya/Japonya) – HTS kasetleri ve küçük ölçekli gösteri mıknatısları, yuvarlanma uygulamaları için üretir.

Çelik ek olarak, süper iletken mıknatıslar, süperalloyların havacılık için üretimi, plastik implantlar için titanyum plakalar ve uçaklar için yüksek güçlü alüminyumlar için mekanik iletişim olmadan malzeme işleme yeteneği özellikle zirconium ve tantalum gibi reaktif metaller için önemlidir, ki yüzey kirliliğinden kaynaklanan yüzey kirliliği kabul edilemez.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Süper iletken mıknatıslar manyetik yuvarlanma değirmenlerinin teknolojisinde derin bir ilerleme temsil eder.Sekiz olarak güçlü, istikrarlı ve enerji verimli manyetik alanlar olarak, daha yüksek ürün kalitesi sağlarlar, daha fazla aktarım sağlarlar ve geleneksel sistemlerden daha düşük işletme maliyetlerine sahiptir.Geçmiş yatırımın zorlukları, HTS araştırma, modüler tasarımlar ve hibrit mıknatıs mimarisi ile ilgili olarak, çelik endüstrisi daha yüksek performansa ve sürdürülebilirlik için daha yüksek performansa doğru iter.

[FONT=0) Daha fazla okuma için: Politika girişimleri için [[Döneticileri [Döneticileri Üste Çıkarma Üzerine Maddeler[Döneticiler için Maddeler: 2 ).For more reading: See theEN Advanced Manufacturing Office