English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В современной металлургической промышленности дуговая сталеплавильная печь является одним из наиболее широко используемых инструментов для производства стали. Она обеспечивает высокую эффективность и точность при обработке сырья, а также позволяет получить сталь требуемых характеристик. Однако разработка и оптимизация дуговой сталеплавильной печи - сложный и времязатратный процесс. В этой статье мы рассмотрим значимость моделирования в проектировании и развитии дуговых сталеплавильных печей [1].

Моделирование является неотъемлемой частью процесса проектирования сталеплавильной печи. Оно позволяет инженерам и металлургам предсказать и анализировать поведение системы на разных стадиях процесса сталеплавления [2]. Моделирование позволяет определить оптимальные параметры, такие как распределение тока, форма электродов, размер и расположение электродов, скорость подачи шихты и другие параметры, которые влияют на работу печи. Использование различных моделей может значительно сократить время и затраты на тестирование и опытную эксплуатацию сталеплавильной печи [3].

Одной из главных составляющих моделирования дуговой сталеплавильной печи является математическое моделирование, основанное на физических принципах и уравнениях, описывающих процессы, происходящие внутри печи. Модель может быть создана с использованием различных программных пакетов, таких как ANSYS, COMSOL, Autodesk и другие. Математические модели позволяют предсказать электромагнитные и термические поля в печи, а также распределение температуры, скорость плавления шихты, образование газовых пузырей и другие физические характеристики процесса сталеплавления [4].

Помимо математического моделирования, важным инструментом для моделирования является компьютерное моделирование с использованием трехмерных CAD-программ. Это позволяет инженерам создавать виртуальные модели печи, визуализировать их и проводить виртуальные эксперименты для определения оптимальных конфигураций печи [5]. Компьютерное моделирование также помогает оценить потенциальные проблемы и риски, связанные с конструкцией печи, такие как коррозия, неравномерное распределение температуры или электрического тока.

Цели и задачи исследования

Цель: Целью данной темы является разработка математической модели дуговой сталеплавильной печи для анализа и оптимизации ее работы.

Задача: Задача исследования может быть связана с изучением воздействия различных факторов на работу печи, таких как электрический ток, температура, состав расплава и т.д. Это может помочь в определении оптимальных условий для процесса плавки стали.

В целом, исследование моделирования дуговой сталеплавильной печи имеет целью оптимизацию процесса плавки стали, повышение эффективности работы печи и обеспечение высокого качества продукции.

Актуальность исследования

Тема моделирования дуговой сталеплавильной печи является актуальной и востребованной в современной металлургии.

Моделирование дуговой сталеплавильной печи позволяет оптимизировать процесс плавки стали, улучшить качество получаемого металла и повысить эффективность работы печи. С помощью математических моделей и численных методов можно анализировать тепловые, электрические и гидродинамические процессы, происходящие в печи, и предсказывать их характеристики.

Моделирование дуговой сталеплавильной печи может быть использовано для оптимизации конструкции печи, выбора параметров плавки и управления процессом. Также модель позволяет проводить различные сценарии исследований, такие как изменение состава зарядного материала, воздействие внешних факторов и применение новых технологических решений.

Кроме того, моделирование позволяет предсказывать возникновение дефектов в металле, таких как газовые поры, и предлагать меры для их предотвращения. Это важно для обеспечения качества выплавляемого металла и снижения затрат на его последующую переработку.

Использование моделирования дуговой сталеплавильной печи позволяет значительно сократить время и затраты на опытные плавки, а также снизить риск возникновения аварийных ситуаций и повреждения оборудования. Оно также способствует повышению безопасности труда операторов и снижению влияния печей на окружающую среду.

Таким образом, тема моделирования дуговой сталеплавильной печи является актуальной, поскольку позволяет повысить эффективность и качество процесса плавки стали, а также снизить затраты и риски, связанные с этим процессом.

Объект и предмет исследования

Объект исследования - модель дуговой сталеплавильной печи, которая может быть создана с использованием различных методов и программного обеспечения. Эта модель включает в себя различные компоненты и параметры, такие как структура печи, электроды, электрические параметры, рабочая зона, потоки материала и тепла, а также другие физические и химические процессы, происходящие внутри печи.

Предмет исследования - процесс моделирования дуговой сталеплавильной печи, который включает в себя разработку необходимых математических моделей, а также численное моделирование и анализ полученных результатов. Это может включать в себя такие аспекты, как определение оптимальных параметров печи, оценка влияния различных факторов на процесс плавления стали, а также предсказание работы печи в различных условиях.

Объект и предмет исследования моделирования дуговой сталеплавильной печи связаны между собой, так как предмет исследования является частью объекта исследования. Моделирование позволяет более эффективно изучать и анализировать процесс работы печи, оптимизировать ее параметры и предсказывать ее работу в различных условиях. Это помогает улучшить производительность печи, снизить энергопотребление и повысить качество получаемой стали.

Проблемы при проектировании и эксплуатации комплексов дуговых сталеплавильных печей

Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) являются неотъемлемым элементом технологической цепи металлургического, машиностроительного производств. Установленная мощность печных трансформаторов изменяется от единицы до сотен мегаватт. В системе электроснабжения предприятия ДСП является специфическим нелинейным приёмником с несимметричным и резкопеременным характером изменения нагрузки. При проектировании и эксплуатации таких комплексов наиболее актуальными являются две проблемы:

  1. Обеспечение условий максимального и наиболее эффективного использования электрической энергии во всех технологических режимах ДСП;
  2. Обеспечение требований электромагнитной совместимости ДСП с питающей системой электроснабжения.

С учётом поставленных задач наиболее продуктивным и доступным инструментом исследования является метод имитационного моделирования, который позволяет адекватно отразить сложные электротехнологические процессы и существенно расширить диапазоны исследований изучаемого объекта, включая и аварийные режимы [6].

Системные подходы при моделировании дуговых сталеплавильных печей

При моделировании дуговой сталеплавильной печи должен быть использован системный подход, учитывающий все особенности ДСП и предполагающий, во-первых, изучение объекта как единого целого по отношению к внешней энергосистеме, а во-вторых, представление ДСП как сложного электротехнического комплекса, состоящего из отдельных локальных подсистем (элементов) с перекрёстными связями [7]. В дальнейшем, в качестве основных элементов выделены следующие:

  1. Система внешнего электроснабжения с печным трансформатором и реактором;
  2. Система управления электрическим режимом с гидроприводом перемещения электродов;
  3. Система стабилизации и симметрирования напряжения, реализованная в виде статического тиристорного компенсатора (СТК) в составе фильтров и тиристорно-реакторной группы (ТРГ) с системой управления.

При моделировании ДСП наибольшие трудности вызывает представление собственно самой электрической дуги, поскольку модель должна, с одной стороны, достаточно точно и адекватно отражать реальные физические процессы, а с другой - быть легко реализуемой и гибкой при проведении исследований [8].

Модель дуговой сталеплавильной печи

Модель дуговой сталеплавильной печи

Вывод

При проектировании и эксплуатации комплексов ДСП, наиболее актуальными являются две проблемы. При моделировании дуговой сталеплавильной печи должен быть использован системный подход, учитывающий все особенности.

Список использованной литературы

  1. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева / Свенчанский А.Д., Жердев И.Т., Кручинин А.М., Миронов Ю.М. и др. — М.: Энергоиздат, 1981. 296 с. – Режим доступа: [Ссылка]
  2. Миронов Ю.М. Закономерности электрических режимов дуговых сталеплавильных электропечей / Миронов Ю.М. — М.: Электричество, 2006, вып. №6. С. 56-62. – Режим доступа: [Ссылка]
  3. Корнилов Г.П Моделирование электротехнических комплексов металлургических предприятий: учеб. пособие / Корнилов Г.П., Николаев А.А., Храмшин Т.Р., Мурзиков А.А. — М.: Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 235 с. – Режим доступа: [Ссылка]
  4. Тельный С.И. К теории трёхфазной дуговой печи с непроводящей подиной / Тельный С.И. — М.: Электричество, 1954, вып. №12. С. 38-42. – Режим доступа: [Ссылка]
  5. Макаров А.Н., Макаров В.С. Теория и практика лучистого теплообмена в дуговых сталеплавильных печах// Новые направления в электротермии: Сб. тр. № 534 / МЭИ. 1991. С. 77– 78. – Режим доступа: [Ссылка]
  6. Кривандин В.А., Егоров А.В. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии: Учебник для ВУЗов – М.: 1989. - 462 с. – Режим доступа: [Ссылка]
  7. Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. – М.: Металлургия, 1986. – 232 с. – Режим доступа: [Ссылка]
  8. Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М.Г. Плазменные электротехнологические установки: Учебник для вузов / Под ред. В.С. Чередниченко. – 3 изд., испр. и доп. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 602 с. – Режим доступа: [Ссылка]