Реферат по теме выпускной работы
Введение
Титан приобретает все большее значение для различных областей науки и техники и расширяется спектр областей его применения. Выплавка титана возможна только методами специальной электрометаллургии, что означает высокую себестоимость и сложный технологический процесс. Основным процессом для выплавки титана является вакуумно-дуговой переплав (ВДП), который является дорогим и недостаточно технологически гибким. Этот факт вызывает необходимость разработки альтернативных процессов. Одним из перспективных вариантов может оказаться электрошлаковый переплав (ЭШП) под кальцийсодержащими флюсами, так называемый камерный электрошлаковый переплав (КЭШП).
1. Актуальность темы
Одной из ключевых особенностей КЭШП является наличие наряду с тепловыделением в шлаковой ванне - дополнительного источника тепла в виде электрических дуг. Шлак имеет хорошие рафинирующие свойства. Целью моей работы является сравнение процессов тепловыделения при ВДП и КЭШП процессах. Для этого нужно определить распределение выделения энергии между дугой и энергией выделяющейся в шлаковой ванне и попытаться объяснить, за счет чего происходит увеличение скорости переплава при добавлении Ca в шлаковую ванну (даже если нет дуги, а скорость больше).
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Для этого была написана компьютерная программа моделирующая шлаковую ванну в виде набора резисторов. Шлаковая ванна делится на ячейки при помощи цилиндрической системы координат, при этом каждая ячейка может обладать собственными электрическими и тепловыми параметрами. При этом для упрощения моделирования представляем модель в двухмерном виде. Для этого делаем допущение, что шлаковая ванна по всему объему имеет одинаковую и постоянную электропроводность. Ток будет течь по пути наименьшего сопротивления, то есть от торца электрода к металлической ванне. Токоподвода к стенкам кристаллизатора не будет из-за являющегося диэлектриком шлакового гарнисажа.
Рисунок 1 – Электрическая схема замещения шлаковой ванны
Программа позволяет рассчитать поля потенциалов и ток через шлаковую ванну, в зависимости от приложенного напряжения, заданных геометрических параметров ванны, удельного сопротивления шлака и заглубления электрода. Ключевым параметром является значение удельного сопротивления шлака. Для проверки работоспособности программы решили замерить напряжение и силу тока при различных значениях заглубления электрода на физической модели, для дальнейшего определения удельного сопротивления. Затем произвести расчет тех же величин в нашей программе и сравнить результаты.
3. Эксперимент
Были собраны две модели: для определения удельного сопротивления воды и физическая модель шлаковой ванны. В стеклянные емкости набирали дистиллированную воду. В первом случае электрод и металлическую ванну представляли две оцинкованные пластинки с припаянными проводами, подводящими электрический ток. Первая модель представляет собой высокую стеклянную колбу, «электрод» передвигается по вертикали и фиксируется на необходимой высоте до нижней пластины(h межэлетродное). Во втором случае: металлическая вання моделируется пластинкой, а электрод – титановый электрод d = 41 мм, помещенные в широкую d = 98 мм прозрачну стеклянную емкость. Обе модели приведены на рис.1. Торец электрода моделируется плоским, так как эта форма больше соответствует форме торца при КЭШП. В обоих случаях показания снимались мультиметром. Рассчитанное на первой модели значение удельного сопротивления воды подставлялось в математическую модель. С заданными исходными данными проводили расчет в программе dU i dI. Стоит отметить что полученные по результатам расчетов данные совпадают с измеренными значениями. Результаты приведены на рис. 2., где показана зависимость изменения величины силы тока от заглубления электрода. Расхождение значений, можно признать несущественными и признать модель работоспособной. Погрешности могли появится при снятии значений с моделей, значения на мультиметре незначительно колебались.
Рисунок 2 – Установки для физического моделирования
Выводы
Видно, что значения тока переплава, рассчитанные с помощью математической модели, хорошо согласуются с результатами физического моделирования, а большие отклонения наблюдаются лишь при большом заглублении. Таким образом, предложенная модель может использоваться для расчета тока переплава в зависимости от параметров шлаковой ванны. В дальнейшем планируется усовершенствование программы для более точного соответствия процессам происходящим во время плавки. А также проведение сравнения и технических параметров процессов ВДП и КЭШП, для обоснования конкурентоспособности КЭШП при выплавке ответственных марок титана.
Рисунок 3 – Результаты моделирования
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Список источников
- Гармата В. А., Петрунько А. Н., Галицкий Н. В., Олесов Ю. Г. Сандлер Р. А. Титан. - М.: Металлургия. 1983. - 559 с.
- Резниченко В. А., Ковнеристый Ю. К., Кудрявцев Ю. Н. Комплексные технологии получения титанатов, титана, новых метериалов и полуфабрикатов. – Титан-2005 в СНГ. К: Наукова думка. 2005.
- Троянский А. А., Рябцев А. Д. О работах Донецкого национального технического университета (ДонНТУ) по электрошлаковой выплавке и рафинированию титана. – Титан-2006 в СНГ. К: Наукова думка. 2006.
- Червоный И. Ф., Тэлин В. В., Пожуев В.И., Иващенко В. И., Листопад Д. А. Титан и области его применения. – Титан-2007 в СНГ. К: Наукова думка. 2007.