Авторитетность издания
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
Моделирование электромагнитных процессов в ванне расплава дуговой печи постоянного тока
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Ячиков И.М. (jachikov@mail.ru) - Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (профессор), Магнитогорск, Россия, доктор технических наук, Манагаров В.Н. () - | |
Ключевые слова: ванна расплава, дуговая печь, электромагнитные процессы, моделирование |
|
Keywords: , , , modeling |
|
Количество просмотров: 12115 |
Версия для печати Выпуск в формате PDF (2.59Мб) |
В настоящее время на дуговых печах постоянного тока (ДППТ) находит применение техно- логия перемешивания расплава, основанная на установке двух асимметрично расположенных подовых электродов и управлении токами, протекающими через них [1]. Взаимодействие протекающего тока с собственным магнитным полем приводит к возникновению объемных электромагнитных сил (ОЭМС), которые ведут к возникновению электровихревых течений. Изменяя конфигурацию анодов и протекающих через них токов, можно воздействовать на распределение ОЭМС, стремясь к созданию оптимальных с технологической точки зрения гидродинамических режимов. Отсюда возникает необходимость исследования электромагнитных процессов, протекающих в ванне ДППТ.
Экспериментальное определение электромагнитных параметров и ОЭМС в жидкой ванне ДППТ – задача весьма сложная, и ее решение (в самом общем виде) не представляется возможным. Однако посредством математического и компьютерного моделирования можно рассмотреть влияние основных факторов на электромагнитные процессы и указать направление поиска оптимальных технологических режимов и конструкций. Электромагнитные параметры в ванне ДППТ не являются осесимметричными из-за наличия асимметрично расположенных подовых электродов и различия проходящих через них токов. Для нахождения электромагнитных параметров использовались упрощения и преобразования уравнений Максвелла, которые для расчета электрического поля приводили к уравнению Лапласа в цилиндрической системе координат. За начало отсчета принята поверхность ванны, причем ось Z совпадает с ее осью. Напряженность магнитного поля в произвольной точке определялась по принципу суперпозиции как векторная сумма элементарных полей (определяемых уравнением Био-Савара-Лапласа), создаваемых протекающими токами по элементам объема. По известным значениям напряженности электрического и магнитного полей рассчитывалась ОЭМС . Для решения краевой задачи задавались граничные условия: – в области пятна дуги – нулевой потенциал (условие Дирихле); – на поверхности подовых электродов – нормальная составляющая плотности тока (условие Неймана); – на свободной поверхности ванны и на керамических границах ее стенок – условие равенства нулю градиента потенциала. Данная математическая модель легла в основу программного продукта «Электромагнитные процессы в ванне ДППТ» [2]. При разработке программы ставились следующие задачи: – определение электромагнитных параметров как для стандартных вариантов конфигурации ванн, подовых электродов и технологических параметров, так и для любых других, задаваемых пользователем; – разработка модулей для проведения обработки результатов расчета(-ов); – сохранение результатов моделирования как по окончании полного цикла расчетов, так и на промежуточном этапе с возможностью последующей загрузки данных и возобновления расчетов (или проведения анализа); – проведение автоматизированной серии расчетов при изменении какого-либо из параметров (геометрических или технологических) с фиксированным шагом на заданном диапазоне с сохранением результатов расчета каждого этапа; – создание удобного информативного, интуитивно понятного интерфейса. Разработка программы велась в интегрированной среде Borland Delphi 7. Созданная программа состоит из пяти основных модулей: 1) задания геометрических характеристик ванны, подовых электродов и технологических параметров, а также определения параметров сетки, накладываемой на расчетную область; 2) расчета распределения поля потенциалов; 3) расчета напряженности электрического поля; 4) расчета напряженности магнитного поля; 5) расчета распределения ОЭМС. Работа с первым модулем – это начальный этап работы с программой. При задании геометрии ванны и подовых электродов для большей наглядности и избежания случайных ошибок при вводе происходит автоматическая прорисовка схемы ванны (вид сбоку и сверху) с указанием размеров и соблюдением пропорций. Пользователь определяет количество подовых электродов и задает величину токов, протекающих через них. Для пятна дуги предусмотрена возможность задать ее местоположение на поверхности ванны и размеры. Вся вводимая информация проверяется на корректность и допустимость задаваемой конфигурации. При обнаружении ошибки выдается предупреждающее сообщение, и дальнейшая работа программы приостанавливается до ее исправления. Работа каждого из представленных модулей базируется на основе результатов предыдущего модуля(-ей), поэтому после указания всех необходимых параметров для работы текущего модуля предыдущие модули блокируются от изменений данных, вводимых пользователем. При принудительной разблокировке и изменении предыдущих исходных данных требуется перерасчет зависимых модулей. Во время расчета распределения всех электромагнитных параметров происходит инфор- мирование пользователя о проценте проведения текущего этапа и об оценочном времени, оставшемся до конца расчета. Для обработки результатов расчетов созданы библиотеки: – табличного вывода с возможностью окрашивания диапазонов данных в различные цвета; – построения изолиний расчетных функций по области ванны; – векторного представления характера распределения для различных электромагнитных параметров; – построения графика заданной зависимости. Векторные представления и изолинии полей можно строить для любой вертикальной плоскости, проходящей через ось ванны, а также для любой горизонтальной плоскости. Библиотека построения графика заданной зависимости обладает широкими возможностями. Она позволяет строить графики электромагнитных параметров для проведенной серии расчетов при изменении какой-либо из геометрических (например диаметра анода) или технологических (например тока через анод) величин. На рисунке представлены результаты расчетов распределения электромагнитных параметров по области ванны для экспериментальной ДППТ. В качестве расплава использовалось олово (удельная проводимость ). Геометрические характеристики установки: диаметр по свободной поверхности жидкого металла совпадает с диаметром подины и равен 250 мм; высота ванны – 40 мм; диаметр анодов – 15 мм; диаметр пятна дуги – 8 мм. Общий ток через ванну составлял около 1 кА. Было проведено сопоставление результатов, полученных посредством компьютерного и физического моделирования. Установлено, что расчетные данные адекватны экспериментальным. Разработанная программа решает поставленные задачи, ее можно применять для расчета электромагнитных параметров с целью выявления схем движения расплава и поиска наиболее оптимальной конфигурации ванны и анодов с точки зрения эффективного перемешивания расплава и минимального размытия керамической футеровки. Список литературы 1. Моделирование электровихревых течений в ванне электродуговой печи постоянного тока. / И.М. Ячиков, О.И. Карандаева, Т.П. Ларина. – Магнитогорск: МГТУ, 2008. – 231 с. 2. Ячиков И.М., Портнова И.В., Манагаров В.Н. Электромагнитные процессы в ванне дуговой печи: Пакет программ. № ГР 50200501270, зарег. 31.08.2005. |
Постоянный адрес статьи: http://swsys.ru/index.php?page=article&id=1591 |
Версия для печати Выпуск в формате PDF (2.59Мб) |
Статья опубликована в выпуске журнала № 3 за 2008 год. | |
Статья относится к отраслям: Металлургия |
Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик:
- Программа идентификации условий теплообмена для изделий плоской формы
- Разработка и исследование гибридного метода генетического программирования
- Моделирование оптимальных условий биосинтеза
- Программная среда расчетных сеточных моделей для параллельных вычислений
- Программная система исследований динамики технологических процессов формования химических волокон
Назад, к списку статей