Перевод названия: A COMPUTATIONAL MODEL OF LEDGE BEHAVIOR IN ALUMINUM REDUCTION CELL
Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2016
Ключевые слова: гарнисаж, ledge, heat transfer through onboard lining, the equations in private derivatives, obvious allocation of the front of crystallization, a method of "catching of the front in phase knot", теплопередача через бортовую футеровку, уравнения в частных производных, явное выделение фронта кристаллизации, метод "ловли фронта в фазовый узел"
Аннотация: Процесс получения алюминия путем электролитического разложения глинозема является очень энергозатратным. Лучшие российские и зарубежные электролизеры и технологии имеют показатель 13 кВт/час/кг алюминия, на старых сериях этот показатель может достигать до 17 кВт/час/кг алюминия. При этом половина подводимой энергии расходуется в виПоказать полностьюде теплопотерь в окружающую среду. В настоящее время во всем мире конкурентоспособность алюминиевых заводов в первую очередь определяется их возможностью снизить энергопотребление. Разрабатываемые способы энергосбережения в основном направлены на создание новых конструкций электролизеров. При этом совершенствование алгоритмов управления на уже работающих конструкциях также может внести значительный вклад в снижение расхода электроэнергии. Перспективными являются алгоритмы, использующие адекватные математические модели технологического процесса. В настоящей статье рассматривается часть математической модели теплообмены 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. Модель использует динамическое одномерное уравнение теплопроводности, гараничные условия 1 и 3 рода, условие Стефана и метод явного выделения фронта кристаллизации. С использованием разработанного программного обеспечения проведено сравнение расчетов динамики температур бортовой футеровки и толщины гарнисажа различными моделями. Показано, что разработанная модель лучше учитывает характеристики переходных процессов теплообмена при воздействиях, и может быть использована при разработке алгоритмов управления заданным напряжением на алюминиевых электролизерах. Process of receipt of aluminum by electrolytic decomposition of alumina is very energy-intensive. The best Russian and foreign cell and technologies have an indicator 13 kW/kg aluminum, on old series this indicator can reach to 17 kW/kg aluminum. At the same time a half of the brought energy is spent in the form of heatlosses to the environment. Now around the world competitiveness of aluminum plants first of all is determined by their opportunity to reduce energy consumption. The developed methods of energy saving are generally directed to creation of new designs of cell. At the same time enhancement of control algorithms on already working designs can also make the significant contribution to decrease in an expense of the electric power. The algorithms using adequate mathematical models of engineering procedure are perspective. In the present article the part of a mathematical model heat exchanges in the aluminum cell considering a heat transfer through onboard lining and processes of melt - crystallization of the ledge which is available on an internal surface of a wall of a trough and entering non-linear aspects to control of this metallurgical device is considered. The new numerical one-dimensional behavior model of a ledge allowing to calculate dynamic change of temperatures on the section of a board of the cell and position of the front of crystallization is provided. The model uses the dynamic one-dimensional equation of heat conduction, boundary conditions 1 and 3 kinds, Stefan's condition and a method of explicit separation of the front of crystallization. With use of the developed software comparing of calculations of dynamics of temperatures of onboard lining and thickness of a ledge is carried out by different models. It is shown that the developed model considers characteristics of transient phenomena of heat exchange in case of influences better, and can be used in case of algorithm elaboration of control of the given tension on aluminum cell.
Журнал: Информационные технологии и математическое моделирование в экономике, технике, экологии, образовании, педагогике и торговле
Выпуск журнала: № 9
Номера страниц: 32-50
Место издания: Красноярск
Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева