ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ПОВЕДЕНИЯ ГАРНИСАЖА В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ

Белолипецкий Виктор Михайлович , Пискажова Татьяна Валериевна , Портянкин Артем Александрович

2017 / Том 21, №8 (127) 2017 [ МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ]

ЦЕЛЬЮ данной работы является создание автоматической научно- исследовательской системы, снижающей энергопотребление ванн, а также позволяющей анализировать поведение алюминиевого электролизера при подаче управляющих воздействий. Исследуется часть математической модели теплообмена в алюминиевом электролизере, рассматривающая теплопередачу через бортовую футеровку и процессы плавления - кристаллизации гарнисажа, имеющегося на внутренней поверхности стенки ванны и вносящего нелинейные аспекты в управление этим металлургическим аппаратом. Представлена новая численная одномерная модель поведения гарнисажа, позволяющая рассчитывать динамическое изменение температур по сечению борта электролизера и положение фронта кристаллизации. МЕТОДЫ. Модель использует динамическое одномерное уравнение теплопроводности, граничные условия 1 и 3 рода, условие Стефана и метод явного выделения фронта кристаллизации. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. С использованием различных моделей разработанного программного обеспечения проведено сравнение расчетов динамики температур бортовой футеровки и толщины гарнисажа. Показано, что разработанная модель лучше определяет характеристики переходных процессов теплообмена при изменении рабочей температуры расплава и температуры его кристаллизации и может быть использована при разработке алгоритмов управления заданным напряжением на алюминиевых электролизерах. ВЫВОДЫ. Проведено сравнение моделей и представлены результаты расчетов, которые демонстрируют преимущества новой одномерной динамической модели теплопередачи через бортовую футеровку электролизера с учетом фазового перехода. Данная модель может быть использована в составе АСУТП получения алюминия.

Ключевые слова:

Библиографический список:

1. Solheim A. Some aspects of heat transfer between bath and sideledge in aluminium reduction cells // Light Metals. 2011. P. 381-386.
2. Marois, M.A. Comparison of two different numerical methods for predicting the formation of the side ledge in an aluminum electrolysis cell / M.A. Marois, C. Bertrand, M. Desilets, M.M. Coulombe, M. Lacroix // Light Metals. 2009. P. 563-568.
3. Wei C.C. Modeling of dynamic ledge heat transfer / C.C. Wei, J.J.J. Chen, B.J. Welch, V.R. Voller // Light Metals. 1997. P. 309-316.
4. Yurkov V., Mann V. A simple dynamic real-time model for aluminum reduction cell control system // Light Metals, 2005. P. 423-429.
5. Пискажова Т.В., Белолипецкий В.М. Математическое моделирование процесса электролитического получения алюминия для решения задач управления технологией // Известия вузов. Цветная металлургия, 2013, № 5. С. 59-63
6. Белолипецкий В.М., Пискажова Т.В. Математическое моделирование процесса электролитического получения алюминия для решения задач управления технологией: монография. Красноярск, 2013. 271 с.
7. Портянкин А.А., Тинькова С.М., Пискажова Т.В. Учебно-консультационная компьютерная программа для изучения теплообменных процессов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2016. Т. 14. № 1. С. 116-123. doi:10.18503/1995-2732-2016-14-1-116-123
8. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. 784 с.
9. Белолипецкий В.М. Моделирование задач гидроледотермики водотоков / В.М. Белолипецкий, С.Н. Генова, В.Б. Туговиков, Ю.И. Шокин // Новосибирск: Сибирское отделение РАН, Институт вычислительных технологий, Вычислительный центр в г. Красноярске, 1993. 138 с.
10. Xu Quan Sheng, Zhu You Lan. Solution of the two-dimensional Stefan problem by the singularity-separating method // Journal of Computational Math, 1985. Vol. 3, № 1. P. 8-18.
11. Будак, Б.М. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задач Стефана / Б.М. Будак, Е.Н. Соловьева, А.Б. Успенский // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1965. Т. 5, № 5. С. 828-840.
12. Самарский, А.А. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент // Вестник АН СССР. 1979. № 5. С. 38-49.
13. Бондарев Э.А., Попов Ф.С. Сравнительная оценка приближенных методов решения одномерных задач с подвижными границами // Инженерно-физический журнал. 1989. Т. 56, № 2. С. 302-306.
14. Официальный сайт Ansys [Электронный ресурс]. URL: http://www.ansys.com. (27.10.2016).
15. Официальный сайт Comsol [Электронный ресурс]. URL: http://www.comsol.ru. (27.10.2016).
16. Пискажова Т.В. Способ оптимального управления химическим составом электролита при получении алюминия // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2010. Вып. 3 (29). С. 153-158.
17. Тепловые процессы в электролизерах и миксерах алюминиевого производства. / Под общей редакцией Громова Б С., М.: 1998. С. 322.

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть) - скачано 17 раз
• 15.pdf (скачать | просмотреть) - скачано 45 раз