Разработка математической модели подэлектродного пространства руднотермических печей

• Автор: Арменский, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

1.1. Влияние электрических и технологических параметров на распределение энергии в руднотермяческой печи

1.2. Роль и особенности электрической дуги в руднотермической печи .

1.2. Условия возникновения дуги в руднотермической печи

1.3. Экспериментальные методы исследования дуги и распределения энергии в руднотермических печах.

1.4. Классификация руднотермических печей на основе распределения энергии

1.5. Анализ существующих математических моделей для определения распределения энергии в руднотермических печах.

1.6. Выводы и постановка задач исследования

Глава 2. Разработка математической модели подэлектродного

пространства руднотермических печей

2.1. Декомпозиция печи на зоны.

2.2. Эквивалентная электрическая схема подэлектродного пространства руднотермической печи
2.3. Зона дуги.
2.4. Поиск уравнений для определения неизвестных параметров дуги.
2.4.1. Экспериментальное исследование свободно горящей дуги в опытной печи.
2.4.2. Расчет параметров дуг в сталеплавильной и плазменнодуговой печах
2.4.3. Построение эмпирической зависимости для определения напряженности электрического поля в столбе дуги
2.4.4. Построение эмпирической зависимости для определения
радиуса столба дуги
2.4.5. Определение температуры столба дуги.
2.5. Расчет теплофизических и электрических свойств многокомпонентной плазмы дуги
2.6. Зона протекания основной реакции восстановления целевого продукта.
2.7. Зона шихты
2.8. Выводы и результаты.
Глава 3. Разработка алгоритма и программного обеспечения для расчета
распределения энергии в руднотермических печах по математической модели
3.1. Структура математической модели подэлектродного пространства руднотермических печей.
3.2. Алгоритм расчета математической модели
3.3. Характеристика разработанного программного обеспечения
Глава 4. Исследование промышленных руднотермических печей по
математической модели.
4.1. Параметры рассматриваемых руднотермических печей.
4.2. Оценка адекватности математической модели подэлектродного пространства
4.3. Моделирование промышленной печи РКЗФ для производства фосфора.
4.3.1. Результаты расчета компонентного состава и электропроводности плазмы дуги
4.3.2. Определение распределения энергии в печи для различных значений параметров электрического режима печи
4.3.3. Определение распределения энергии в печи для различных значений среднего диаметра частиц восстановителя
4.4. Моделирование промышленной печи РКОКрИ1 для производства кремния
4.4.1. Результаты расчета компонентного состава и
электропроводности плазмы дуги.
4.4.2. Определение распределения энергии в печи для различных
значений параметров электрического режима печи.
4.5. Выводы и результаты.
Направления развития работы
Список литературы


Проведен анализ математических моделей РТП, разработанных на основе декомпозиции рабочего пространства печи, расчетных и экспериментальных данных о распределении энергии в печи. Установлены эмпирические зависимости для определения параметров дуги в РТП на основе обработки результатов натурных на лабораторной печи мощностью 0 кВА и вычислительных экспериментов по расчету параметров различных дуг. Предложены методы расчета компонентного состава и электропроводности плазмы печной дуги, необходимой для решения уравнений математического описания дуги. Разработано программное обеспечение для расчета распределения энергии в РТП для заданных значений параметров входа и электрического режима тока электрода, полезного напряжения на электроде работы РТП. Выполнено моделирование промышленных печей с различной степенью развития дуги с целью определения закономерностей изменения распределения энергии в печи при изменении парамегров входа, электрического и технологического режима ее работы. Методы исследования. При выполнении работы использованы методы математического моделирования, численного решения дифференциальных уравнений в частных производных, программирования в системе компьютерной математики 1, объектноориентированного программирования, разделов химической технологии, связанных с РТП, физики плазмы. Разработана обобщенная математическая модель подэлектродного пространства руднотермических печей на основе анализа протекающих в печи физикохимических процессов, позволяющая исследовать распределение энергии в печи. Установлены эмпирические зависимости для определения параметров дуги в РТП геометрических размеров, напряженности электрического поля. Разработано программное обеспечение для определения допустимых значений параметров входа и электрического режима работы руднотермической печи при заданных ограничениях на долю энергии, выделяемой в дуге. Результаты вычислительных экспериментов по расчету параметров дуг в сталеплавильной и плазменнодуговой печах. Классификация дуг в электротермических печах на основе результатов натурных и вычислительных экспериментов. Эмпирические зависимости для определения параметров плазменного шнура, установленные на основе экспериментальных данных, полученных на промышленных печах, и результатов расчета параметров дуг в плазменнодуговых печах. Метод расчета компонентного состава и электропроводности плазмы печной дуги. Достоверность результатов обеспечивается посредством сопоставления результатов вычислительного эксперимента на персональном компьютере с результатами экспериментальных исследований промышленных РТП, а также корректностью использования теоретических положений математического моделирования, технологии построения программных систем, технологии электротермических производств. Практическая значимость. Систематизированы исходные данные для моделирования промышленных печей для производства фосфора и кремния. В результате моделирования выявлены закономерности изменения распределения энергии в печи при варьировании параметров входа и электрического режима ее работы. Целесообразно внедрение разработанного программного обеспечения на аналогичных производствах. Аппробация работы. Основные положения работы докладывались на конференции Компьютерное моделирование при оптимизации технологических процессов электротермических производств г. СанктПетербург, г. Математического моделирования и оптимизации химикотехнологических процессов и Технологии электротермических производств СанктПетербургского государственного технологического института. Публикация работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ. Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедрах Математического моделирования и оптимизации химикотехнологических процессов СПТИ ТУ, Технологии электротермических производств СПбГТИ ТУ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы. Она изложена на 1 страницах текста, содержит рисунка, таблиц. Список литературы включает в себя 1 наименований.