Методы и алгоритмы математического моделирования процессов электромагнитного управления направлением горения дугового разряда в электродуговых печах постоянного тока

• Автор: Корытчинков, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Электродуговая печь постоянного тока и влияние внешних магнитных полей на направление горения дугового разряда

1.1. Конструкци и электродуговых печей

1.2. Процесс горения дугового разряда в электродуговых печах постоянного тока.

1.3. Исследование влияния магнитных полей на смещение

дугового разряда .

Основные результаты.

ГЛАВА 2. Процедуры моделирования и численного решения задачи динамики потоков заряженных частиц в электрическом и магнитном полях в комплексе программ ФОКУС.
2.1. Моделирование аксиальносимметричных систем с произвольной конфигурацией электродов

2.1.1. Моделирование распределения потенциала системы электродов.

2.1.2. Моделирование траекторий заряженных частиц в электростатическом поле
2.1.3. Моделирование траекторий заряженных частиц в
переменном электрическом поле
2.2. Вычисление функции распределения потенциала в программе ФОКУС методом граничных элементов
2.3. Разработка алгоритма и модуля моделирования магнитного поля совокупности соленоидов.
2.3.1. Поле кругового тока.
2.3.2. Поле соленоида
2.3.3. Поле произвольно ориентированного соленоида.
2.3.4. Поле совокупности произвольно ориентированных соленоидов.
2.3.5. Модуль моделирования магнитного поля совокупности
соленоидов.
2.4. Моделирование трехмерного отображения траектории заряженной частицы в скрещенных электрическом и магнитном
Основные результаты
ГЛАВА 3. Моделирование движения заряженной частицы в электромагнитных полях электродуговой печи постоянного
3.1. Алгоритм решения уравнений движения заряженной частицы в электромагнитном поле на основе метода Рунге
КуттаФельберга с контролем точности вычислений.
3.2. Моделирование процесса токопрохождения в
элекфодуговой печи при наличии фокусирующего
электрического поля.
3.2. Моделирование процесса токопрохождения в электродуговой печи при наложении внешних магнитных
Основные результаты.
ГЛАВА 4. Моделирование движении электронов в поле печи дуговой плавки в условиях их столкновений с молекулами атмосферы.
4.1. Дуговой разряд в плавильной печи.
4.2. Метод расчета траектории движения электронов в условиях столкновений с молекулами газа
4.2.1. Разыгрывание длины свободного пробега электрона.
4.2.2. Разыгрывание упругих и неупругих столкновений электронов с молекулами газа
4.2.3. Упругие столкновения.
4.2.4. Неупругие столкновения.
4.2.5. Определение составляющих скорости электрона после
взаимодействия
4.3. Алгоритм и результаты моделирования движения
электронов в условиях столкновений с молекулами газа
Основные результаты.
ГЛАВА 5. Автоматизированные системы электромагнитного управления направлением горения дугового разряда в электродуговой печи постоянного тока
5.1. Метод компенсационного воздействия на изменение внешнего магнитного ноля с целью стабилизации направления горения электрической дуги
5.2. Система управления положением горения дуги на основе трех соленоидов
5.3. Экспериментальные исследования модернизированной конструкции печи дуговой плавки ДППТУ.
5.4. Автоматизированная система управления направлением
горения дуги по температурному режиму футеровки печи
Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Научная новизна работы определяется разработкой математических моделей описания процессов электромагнитного управления направлением горения дуги в электродуговых печах постоянного тока и созданием на основе этих моделей эффективных алгоритмов численного решения задач динамики потоков заряженных частиц в скрещенных электрическом и внешних магнитных полях электродуговой печи постоянного тока и разработкой метода расчета траектории движения электронов в условиях столкновений с молекулами газа. Практическая значимость работы заключается в новых возможностях повышения производительности и многофункциональности электродуговых печей постоянного тока за счет электромагнитного управления процессом горения дуги. Разработанные методы, модели, алгоритмы и методики позволяют решить практические задачи по расчету, конструированию соленоидов и созданию автоматизированных систем по управлению ими для электродуговых печей различных типов и объемов. Практические результаты получены в ходе выполнения научноисследовательской работы НИР Разработка и исследование автоматизированной системы управления направлением горения дуги в электродуговых печах, в которых автор являлся ответственным исполнителем. Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, программных средств моделирования, действующим программным комплексом и практическим использованием полученных результатов. Результаты диссертационной работы нашли применение в системе управления электродуговой сталеплавильной печыо постоянного тока ДППТУ, емкостью тонн, на предприятии ОАО Тяжпрессмаш г. Рязань, а так же в учебном процессе Рязанского государственного радиотехнического университета при изучении дисциплин Моделирование систем, Компьютерное моделирование, Автоматизация технологических процессов и производств. Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция Новые технологии в учебном процессе и производстве, г. Рязань, Рязанский институт МГОУ, , г. Международная научнотехническая конференция Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций, г. Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет, , Юг. Х1Уя и XVя Всероссийская научнотехническая конференция Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании, г. Рязань, Рязанский государственный радиотехнический университет, , г. X Конгресс Кузнец. Состояние, проблемы и перспективы развития кузнечнопрессового машиностроения и кузнечноштамповочных производств. Рязань ОАО Тяжпрессмаш, . В главе рассматриваются принципы построения электродуговых печей, работающих на переменном или постоянном токе, а так же процесс горения дугового разряда в электродуговых печах постоянного тока. Определяется причина разрушения футеровки в связи с отклонением направления горения дуги в следствии влияния внешних магнитных полей. Собраны экспериментальные данные на сталеплавильной печи постоянного тока ДППТУ, установленной в ОАО Тяжпрессмаш г. Рязань. В электродуговых печах для плавки металлов используется тепловой эффект электрической дуги. Плавка металлов в электродуговых печах начала широко применяться в России с середины х годов прошлого века. Сейчас эти печи занимают доминирующее положение как в России, так и за рубежом. Емкость печей имеет очень широкий диапазон, от одной тонны до трехсот пятидесяти. Электродуговые печи делятся на электродуговые печи работающие на переменном токе или на постоянном токе. Электродуговые печи, работающие на переменном токе, оснащены тремя графитовыми подвижными электродами. Нагрев и расплавление металла идет за счет теплоизлучения дуги, горящей между электродами и металлом, при этом температура в зоне дуги достигает С. Равномерное горение дуги регулируется с помощью перемещения токоподводящих электродов перпендикулярно поверхности расплава. Растягивая и сжимая электрическую дугу с помощью движущихся электродов, происходит регулирование се теплоизлучения. На рисунке 1. Рисунок 1. Рисунок 1. ДППТ меньше на по сравнению с новейшими индукционными печами и меньше на , чем в печах переменного тока. Электродуговая печь постоянного тока рисунок 1.