Разработка математической модели и программных средств для расчета и оптимизации режимов плавления шихты в руднотермической печи

• Автор: Маркова, Алла Валентиновна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЛАВЛЕНИЯ

ШИХТЫ В РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ.

2.1. Физическая модель процесса плавления как модель теплоперсноса, осложненного фазовыми переходами на подвижной мсжфазной границе.
2.2. Математические модели нестационарного и стационарного режимов процесса плавления
2.3. Кристаллизация расплава как сопутствующий плавлению процесс. Приближенный анализ механизма явления

Глава 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЯ СТАЦИОНАРНОГО

РЕЖИМА ПЛАВЛЕНИЯ шихтыГТТТТу 0.

3.1. Алгоритм численного решения задачи СтсфаАа,
ориентированной на описание стационарного режима
процесса плавления шихты в руднотермической печи.
3.2. Проблемноориентированная программа
3.3. Исследование механизма плавления шихты в условиях
частичной кристаллизации расплава методом
вычислительного эксперимента
Глава 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА ПЛАВЛЕНИЯ ШИХТЫ.
4.1. Алгоритм расчета нестационарного режима процесса
плавления шихты в руднотермической печи.
4.2. Программное средство , ориентированное на описание и исследование нестационарного режима плавления.
4.3. Исследование механизма процесса плавления шихты в условиях полной кристаллизации расплава методом вычислительного эксперимента.
ВЫВОДЫ.
Условные обозначения.
ЛИТЕРАТУРА


С. 7), рекомендована ОАО «Институт Гипроиикель» к использованию в РТМ в части комплексных мероприятий по модернизации и реконструкции руднотермических установок цветной металлургии. Апробация работы. Отдельные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на XVII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Кострома, Костромской гос. Электротермия-» (Санкт-Петербург, СПб-государственный технологический институт, ). Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре научные работы. Электротермический метод позволяет из бедного сырья получить концентрированный полупродукт, который можно либо перерабатывать на месте, либо поставлять другим предприятиям. В частности, согласно [1], концентрированный продукт получают из бедного фосфатного сырья, содержащего 7-% фосфора. В производстве фосфора до сих пор не решен ряд проблем, влияющих на технико-экономические показатели работы предприятий. К ним относятся: внеплановые остановки печей и сопряженного оборудования, неполное использование установленной мощности печей, недостаточная стабильность процесса. Устранение этих недостатков позволяет [1] дополнительно снизить на 7-% расход электроэнергии, увеличить степень использования сырья, а также существенно снизить стоимость продукции. Предметом настоящего исследования является изучение (методом математического моделирования) физических закономерностей, вызывающих нарушение стабильного (так называемого, стационарного) режима работы руднотермических печей. Из практики эксплуатации таких печей известно, что стационарный режим работы печи нарушается внезапно: поступление шихты в зону расплава приобретает импульсный характер - вплоть до резкого её обрушения в расплав [1-4]. Механизм данного явления до настоящего времени не изучен. Соответственно не разработаны технические приемы, обеспечивающие вывод печи из неустойчивого режима работы. Так же как отсутствуют и обоснованные рекомендации для технического персонала электротермических производств по методам поддержания стационарного режима плавления. Физические процессы, обусловливающие вывод печи из стационарного режима работы, протекают в зоне плавления - зоне перехода твердофазной шихты в жидкое состояние. Руднотермические печи (РТП) представляют собой реакторы для проведения химических превращений, протекающих при высоких температурах взаимодействующих фаз (Г > К). РТП используются для производства фосфора, карбида кальция, корунда, а также для получения металлов и сплавов электроплавкой, например цинка, никелевого штейна, ферросплавов [2-7]. Поддержание высоких температур в реакционной зоне обеспечивается за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока через токопроводящий материал, в качестве которого может выступать как жидкость (расплав), так и твердое вещество. Конструкция типовой руднотермической печи на примере печи для производства фосфора [1-9] показана на рис. Электрическая энергия вводится в реакционное пространство печи с помощью электродов, погруженных в реакционную зону (расплав), которая одновременно является и электрическим проводником. Количество электродов зависит от мощности и назначения печи: может быть один электрод, три или шесть. Электроды выполняются подвижными: предусмотрен механизм перемещения электродов в вертикальном направлении. Кроме того, электроды являются самоспекающимися. Они изготавливаются из электродной массы непосредственно в верхней части печи. По мере расходования электрода происходит его наращивание, так как предусмотрен механизм перепуска электродов. Мощность, подаваемая на электрод, регулируется изменением напряжения печного трансформатора. Исходное сырье загружается в печь в виде смеси твердых компонентов при температуре окружающей среды. Поступление исходных твердых материалов внутрь печи производится через труботечки из загрузочных бункеров, расположенных сверху. Число загрузочных бункеров достигает двенадцати. Загрузочные бункеры снабжены отсекателями для прекращения подачи материалов в печь. Загруженный в печь исходный материал под действием силы тяжести постепенно опускается вниз. Рис.