Математическая модель стационарных физических полей и критерий МГД-стабильности в алгоритмах динамической модели алюминиевого электролизера

• Автор: Коростелев, Иван Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 167 с. : ил.

1 Обзор литературных источников

Выводы по разделу 1

2 Математические модели для расчета физических полей в алюминиевом электролизере

2.1 Расчет электрического поля

2.2 Расчет магнитного поля

2.3 Расчет давления, скоростей и стационарной формы поверхности металла

2.4 Описание программной реализации

2.5 Идентификация модели

Выводы по разделу 2

3 Разработка методики использования критерия устойчивости Бояревича-Ромерио в алгоритмах АСУТП

3.1 Разработка критерия устойчивости, удовлетворяющего требованиям АСУТП

3.2 Расчет динамики изменения поверхности металла
3.3 Методика определения ведущей пары гравитационных частот
3.4 Описание программной реализации
Выводы по разделу 3
4 Исследование состояний алюминиевых электролизеров
4.1 Влияние настыли на физические поля в алюминиевом электролизере

4.2 Влияние ошиновки и соседних электролизеров на физические ПОЛЯ и устойчивость алюминиевого электролизера
4.3 Влияние конфигурации z-компоненты магнитного поля на физические поля и устойчивость алюминиевого электролизера
4.4. Влияние замены анодов на физические поля и устойчивость алюминиевого электролизера
4.5 Оценка индуцированных токов в алюминиевом электролизере 125 Выводы по разделу 4
5 Оценка МГД-устойчивости различных типов электролизеров
5.1 Результаты расчетов критического МПР
5.2 Проверка адекватности работы критерия устойчивости
5.3 Динамика изменения основных технологических параметров электролизеров
Выводы по разделу 5
Заключение
Список использованных источников
Приложение Л

Одно из ведущих мест в экономике России занимает алюминиевая промышленность. По масштабам производства алюминий занимает первое место среди цветных металлов. Производство алюминия осуществляется в электролизерах различного типа под действием электрического тока, протекающего через расплав в электролизной ванне, и сопровождается различными физико-химическими процессами.
Актуальность
Развитие алюминиевой промышленности идет, в частности, путем модификации существующего производства и внедрения новых технологий. Основным показателем работы электролизера является выход по току. Выход по току - это отношение количества практически полученного алюминия к количеству, которое должно выделиться на катоде согласно закону Фарадея. В процессе производства алюминия возникают нежелательные явления (перекос, циркуляция металла, волнообразование на поверхности металла и др.), что ведет к негативным последствиям: к размыву настылей, разрушению подовых и анодных блоков, прорыву металла, перемешиванию алюминия с электролитом и пр. В результате нарушается технологический режим, снижается выход по току и уменьшается срок службы электролизеров.
Народно-хозяйственная проблема
Для эффективного управления процессом производства алюминия и обеспечения роста мощности и размеров электролизеров чрезвычайно важно знать, как изменения конструкции и технологических параметров отражаются на количественных и качественных характеристиках процессов, происходящих в электролизере.

Уравнения магнитной гидродинамики представляют собой
взаимосвязанную систему для определения гидродинамических и электромагнитных полей (2.1).
р| ^ + (?-У)у | = -Ур + У(ригУ-у)-/^ег+7*Я

<Лу у = О с/;у j
<1п> В = 0 (2.1)
т В = /и0]
, я дВ
гої Е

7 = <у(Ё + у х я)
Система уравнений для решения сложная. За последние два десятилетия появилось много работ, посвященных разработке моделей физических полей в алюминиевом электролизере. Авторы работ исходят из различных упрощающих предположений.
В настоящей работе разработана новая модель для расчетов стационарных физических полей [128, 131], основанная на модели [107, 115, 116]. Модель [107, 115, 116] использовалась для расчетов на Красноярском алюминиевом заводе. Для расчетов магнитного поля в модели использовались замеры магнитного поля по периметру ванны. Индуцированные токи учитывались опосредованно за счет замеров. Проводить замеры магнитного поля сложно, кроме того, использование замеров по периметру ванны ограничивает возможности исследования, какие изменения конструкции электролизера нужно произвести для повышения эффективности работы электролизера.