Математическое моделирование электровихревых течений и тепломассопереноса в токонесущих расплавах металлургических агрегатов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, доктор технических наук Ячиков, Игорь Михайлович

• Ячиков, Игорь Михайлович
• доктор технических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор технических наук Ячиков, Игорь Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ РАСПЛАВА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ, ИХ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ТЕХНИКО

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ.

§1.1. Современные тенденции повышения эффективности выплавки стали в дуговых электропечах.

§ 1.2. Роль перемешивания расплава в традиционной технологии выплавки стали.

§1.2.1. Классическая технология электроплавки.

§1.2.2. Роль перемешивания расплава в традиционной технологии выплавки стали.

§ 1.3. Роль перемешивания расплава при выплавке в дуговых печах синтетического чугуна.

§ 1.4. Способы перемешивания расплава, их классификация и технико-экономические особенности.

§1.4.1. Механические способы перемешивания расплава.

§1.4.2. Газодинамические способы перемешивания расплава.

§1.4.3. Электромагнитные способы перемешивания расплава.

§1.4.4. Другие способы перемешивания расплава.

§1.4.5. Технико-экономические показатели различных способов перемешивания расплава.

§ 1.5. Влияние ЭВТ па процессы, протекающие в ваппе расплава металлургических агрегатов.

§ 1.6. Результаты работы печей, использующих технологию перемешивания с использованием ЭВТ.

§1.7. Пульсирующие токи в ванне токонесущего расплава как источник бегущего магнитного поля и ЭВТ.

§1.7. Основные задачи исследования.

ГЛАВА И. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ОЭМС В ВАННЕ

ДППТ С ОСЕВЫМ ПОДОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ.:.

§2.1. Геометрические характеристики ванны ДППТ.

§2.2. Геометрия подового электрода.

§2.3. Воздействие дуги на расплав в условиях ДППТ.

§2.3.1. Силовое воздействие дуги на расплав.

§2.3.2. Геометрические характеристики привязки дуги к расплаву.

§2.4. Математическая модель распределения потенциалов и токов в ванне.

2.4.1. Основные уравнения и принятые допущения.

§2.4.2. Граничные условия.

§2.5. Математическая модель распределения магнитного поля в ванне ДППТ и за ее пределами.

§2.5.1. Магнитное поле в ванне.

§2.5.2. Магнитное поле за пределами ванны.

§2.6. Объемные электромагнитные силы в ванне.

§2.7. Численная и программная реализация математической модели.

§2.7.1. Численная реализация решения краевой задачи.

§2.7.2. Алгоритм ускорения сходимости посредством корректировки параметра релаксации.

§2.7.3. Описание программы «Ванна ЭкГП-1».

§2.7.4. Исходные данные для моделирования электромагнитных полей и ОЭМС в ванне ДППТ.

§2.8. Результаты моделирования электрического поля в ванне.

§2.9. Распределение тока в ванне.

§2.10. Магнитное поле в ванне.

§2.11. Объемные электромагнитные силы в ванне.

§2.12. Адекватность созданной математической модели.

§2.13. Выводы по 2 главе.

ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ОЭМС В ВАННЕ ДППТ С ДВУМЯ АСИММЕТРИЧНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ПОДОВЫМИ

ЭЛЕКТРОДАМИ.

§3.1. Математическая модель распределения электромагнитных полей и ОЭМС в ванне

ДППТ.

§3.1.1. Геометрия ванны с двумя АРПЭ.

§3.1.2. Основные допущения и ограничения модели.

§3.1.3. Напряженность электрического поля в ванне.

§3.1.4. Напряженность магнитного поля.

§3.1.5. Объемные электромагнитные силы в ванне.

§3.2. Численная и компьютерная реализация модели.

§3.2.1. Численная реализация решения краевой задачи.

§3.2.2. Численная реализация расчета электрических и магнитных полей.

§3.2.3. Описание программы «Ванна-ЭМП2».

§3.3. Результаты моделирования поля электрического потенциала.

§3.4. Распределение плотности тока и напряженности электрического поля в ванне.

§3.4.1. Электрическое поле в ванне с одним ПЭ.

§3.4.2. Электрическое поле в ванне с двумя ПЭ.

§3.5. Распределение напряженности магнитного поля в ванне.

§3.5.1. Магнитное поле в ванне с одним ПЭ.

§3.5.1. Магнитное поле в ванне с двумя ПЭ.

§3.6. Симметрия электрических и магнитных полей.

§3.6.1. Особенности ЭМП в ванне ДППТ при наличии одного ПЭ.

§3.6.2. Особенности ЭМП в ванне ДППТ при наличии двух подовых электродов.

§3.6.3. Поведение напряженности магнитного поля в плоскости симметрии электрического поля, создаваемого токами.

§3.7. Распределение по ванне объемных электромагнитных сил.

§3.7.1. Поведение ОЭМС при одном подовом электроде.

§3.7.2. Поведение ОЭМС при двух подовых электродах.

§3.8. Проверка на адекватность созданной математической модели.

§3.9. Выводы по 3 главе.

ГЛАВА IV. ЦИРКУЛЯЦИЯ РАСПЛАВА В ВАННЕ ДППТ С ОСЕСИММЕТРИЧНЫМ

ПОДОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ.

§4.1. Математическая модель конвективного ЭВТ расплава в осесимметричной ванне

ДППТ.

§4.1.1. Основные допущения и ограничения модели.

§4.1.2. Математическая модель течения жидкости.

§4.1.3. Математическая модель течения жидкости па основе у/ — СО функций.

§4.2. Численная и компьютерная реализации математической модели.

§4.2.1. Численное решение уравнения для функции тока.

§4.2.2. Численное решение уравнения для завихренности.

§4.2.3. Граничные условия при численном решении и алгоритм расчета.

§4.2.4. Описание программы «Электровихревое течение-1».

§4.3. Исходные данные для моделирования ЭВТ.

§4.4. Результаты моделирования электровихревого течения жидкого металла в ванне

ДППТ.

§4.4.1. Характер нестационарных течений в ванне. Влияние размера подового электрода.

§4.4.2. Влияние глубины ванны и протекающего через нее тока на размеры застойных областей.

§4.4.3. Поле скоростей в ванне.

§4.5. Моделирование течения расплава при воздействии на него потока плазмы дуги

§4.5. 1. Исходные положения для моделирования течения при воздействии потока плазмы.

§4.5. 2. Результаты моделирования течения при воздействии потока плазмы.

§4.6. Адекватность созданной математической модели.

§4.7. Выводы по 4 главе.

ГЛАВА V. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОВИХРЕВЫХ ТЕЧЕНИЙ НА ФИЗИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ.

§5.1. Физическое подобие токонесущих расплавов. Критерии подобия.

§5.2. Выбор параметров экспериментальной модели.

§5.3. Описание экспериментальной установки.

§5.4. Исследование ЭВТ на лабораторной дуговой печи постоянного тока.

§5.4.1. Характер ЭВТ в ванне расплава ДППТ при одном подовом электроде.

§5.4.2. Характер ЭВТ в ванне расплава ДППТ при двух подовых электродах.

§5.5. Выводы по 5 главе.:.

ГЛАВА VI. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ВАННЕ ДППТ, ПРИ ПРОТЕКАНИИ ЧЕРЕЗ ПОДОВЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ТОКОВ.

§6.1. Влияние пульсаций тока на параметры электромагнитных полей и ЭВТ в ванне с одним подовым электродом.

§6.1.1. Влияние пульсаций тока па параметры электромагнитных полей.

§6.1.2. Развитие ЭВТ жидкого металла при включении и его затухание при отключении тока дуги.

§6.1.3. Характерное время установления ЭВТ.

§6.1.4. Влияние пульсаций тока на поле скоростей в ванне расплава.

§6.2. Выбор параметров вынужденных пульсаций тока дуги в ванне с одним подовым электродом.

§6.2.1. Оценки собственной частоты колебаний плазменной струи в э/сидкости и ее коэффициента затухания.

§6.2.2. Выбор скважности импульсов тока дуги.

§6.3. Определение электрических характеристик пульсирующих токов, проходящих через АРПЭ.

§6.3.1. Методика расчета электрических характеристик ДППТ при АРПЭ с использованием схемы замещения.

§6.3.2. Анализ поведения тока, протекающего между подовыми электродами.

§6.3.3. Экспериментальное исследование падения напряжения между АРПЭ в ванне

§6.3.4. Исследование падения напряжения между ПЭ в ванне ДППТ при перемешивании с использованием АРПЭ.

§6.4. Влияние изменяющихся токов на электромагнитные параметры и ОЭМС в ванне

ДППТ с двумя подовыми электродами.

§6.4.1. Положение плоскости, проходящей через оси токов.

§6.4.2. Направление вектора напряженности магнитного поля в плоскости осей тока.

§6.4.3. Поведение напряженности магнитного поля в плоскости осей двух токов

§6.4.4. Поведение ОЭМС в плоскости осей двух токов.

§6.5. Выбор параметров токов при АРПЭ.

§6.6. Выводы по 6-й главе.

ГЛАВА VII. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ЖИДКОЙ ВАННЕ ДППТ.

§7.1. Связь процессов перемешивания и тепломассообмена в ванне ДППТ.

§7.1.1. Механизм массопереноса в жидкой ванне.

§7.1.2. Механизм теппопереноса в жидкой ванне.

§7.1.3. Количественные характеристики перемешивания ванны.

§7.2. Модель теплового излучения дуги на поверхность ванны.

§7.3. Тепловые процессы при взаимодействии пульсирующей дуги с поверхностью расплава.

§7.3.1. Влияние пульсаций тока на распределение температур в области пятна дуги

§7.3.2. Оценка зоны влияние пульсаций поверхности газ-жидкость на конвективные процессы тепломассообмена.

§7.4. Математическая модель тепломассопереноса в ванне ДППТ с учетом ЭВТ.

7.4.1. Основные допущения и ограничения модели теплового состояния ДППТ.

§7.4.2. Математическая модель теплового состояния расплава в ванне ДППТ.

§7.5. Математическая модель массопереноса в ванне ДППТ.

§7.6. Алгоритм решения краевой задачи.

7.6.1. Граничные условия в разностном виде.

§7.7. Результаты моделирования теплового состояния в ванне ДППТ.

§7.8. Результаты моделирования процесса десульфурации в ванне ДППТ.

§7.9. Выводы по 7 главе.

ГЛАВА VIII. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ВАННЕ ДППТ.

§8.1. Исследование макрокинетики процесса восстановления металла из его оксидов с использованием пульсирующих плазменных струй.

§8.1.1. Описание лабораторно-промышленной установки. Выбор дополнительного оборудования.

§8.1.2. Методика проведения экспериментов и обработки результатов.

§8.1.3. Результаты экспериментальных исследований по восстановлению цинка из ишака.

§8.1.4. Результаты экспериментальных исследований по восстановлению никеля из его монооксида.

§8.1.5. Обсуждение результатов эксперимента с использованием вынужденных внешних пульсаций.

§8.2. Исследование влияния пульсаций тока на показатели электроплавки стали.

§8.2. 1. Определение эффективной частоты пульсаций тока дуги.

§8.2. 2. Сравнение способов АРПЭ и пульсаций тока.

§8.3. Применение электровихревого перемешивания расплава в металлургических агрегатах.

§8.4. Выводы по 8 главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование электровихревых течений и тепломассопереноса в токонесущих расплавах металлургических агрегатов»

Бурное развитие технического прогресса, появление новых высоких технологий требует увеличения объемов выпуска высококачественных черных и цветных металлов и сплавов.

В металлургической промышленности достаточно широко распространены различные технологии с использованием больших электрических токов, протекающих через ванну расплава. Типичными примерами являются выплавка металлов в дуговых и плазменных печах, установки электрошлакового и вакуумно-дугового переплава, рудотермические и рудовосстановительные печи.

Повышение мощности и эффективности современных металлургических агрегатов происходит, прежде всего, за счет увеличения тока дуги, достигающего десятков килоампер. Использование таких токов, а также наличие нескольких токоподводов к расплаву, приводит к созданию существенных электромагнитных полей, которые могут оказывать значительное влияние на его поведение.

Все металлургические процессы, использующие токонесущие расплавы, как правило, связаны с проведением ряда физико-химических процессов и получением однородного продукта. Большую роль в выравнивании физико-химических свойств играет перемешивание расплава в ванне, например для выплавки высококачественных металлов и сплавов.

Перемешивание расплава в дуговых печах применяют для выравнивания химического состава и температуры по объему ванны с целью облегчения скачивания шлака, для транспортировки шлакообразующих и легирующих добавок, а также для улучшения переработки шихты на откосах печи. При этом улучшаются условия теплообмена в печи, в результате чего уменьшается перепад температуры металла по глубине ванны, что является одним из наиболее важных условий для осуществления автоматического регулирования температурного режима плавки.

Поведение токонесущей жидкости описывается законами магнитной гидродинамики, одно из направлений которой связано с явлениями, возникающими при взаимодействии электрического тока, проходящего через расплав, с его собственным магнитным полем. Эти явления сначала в советской, а далее и в российской научной литературе, получили название «электровихревые течения» (ЭВТ). Их контуры начали появляться в начале 70-х годов прошлого века, хотя отдельные теоретические работы, указывающие на возникновение течений в токонесущей жидкости при отсутствии внешних магнитных полей, появлялись и ранее, а сами течения фиксировались в опытах с электрическими дугами еще в 30-е годы [1].

У ЭВТ практически нет других областей применения, кроме металлургии, где высокая проводимость расплава сочетается с электрическими токами в десятки и сотни килоампер. Наиболее активно ЭВТ изучаются в электролизерах для получения алюминия и в электрошлаковых процессах (переплав, литье, сварка и наплавка).

Интерес электрометаллургов к электровихревым течениям усилился в связи с появлением дуговых печей постоянного тока (ДППТ), в которых ЭВТ используются для перемешивания расплава, а также в качестве эффективного инструмента для целенаправленного управления потоками жидкого металла и воздействия на процессы тепломассообмена (ТМО).

Нахождение характеристик ЭВТ и ТМО в ванне дуговой печи является весьма сложной задачей, и ее решение в общем виде не представляется возможным, однако мы будем исходить из того, что любые сложные технические объекты доступны для исследования на математических и компьютерных моделях. С их помощью можно рассмотреть основные факторы, влияющие на ЭВТ, и показать главные направления и пути экспериментального поиска оптимальных режимов и параметров работы металлургических агрегатов.

Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие эффективных электрометаллургических технологий возможно лишь при глубоком исследовании явлений, происходящих в ваннах токонесущего расплава металлургических агрегатов, важнейшими из которых являются процессы тепломассообмена.

В печах большой емкости с глубокой ванной крайне необходимо интенсивное перемешивание расплавленного металла, следовательно, существует необходимость в таких печах использовать огромные токи, протекающие через расплав металла.

При эффективном перемешивании расплава достигается экономия энергоресурсов, повышается качество металла за счет уменьшения удельного содержания неметаллических включений и вредных примесей, угара легирующих составляющих. Кроме того, происходит увеличение срока службы футеровки и подовых электродов.

Для классической ДППТ с одним анодом, ось которого совпадает с осью ванны, возникающие электровихревые течения в расплаве, способствуют его перемешиванию. Их интенсивность наиболее велика в районе пятна дуги и подового анода (на периферии ванны они практически отсутствуют). Однако эти течения исследованы недостаточно полно, они практически неуправляемы и могут вызывать как положительные, так и негативные явления, например, размывать футеровку в районе подового электрода.

Для интенсификации и управления тепломассообменными процессами в ванне печей постоянного тока кроме традиционных способов появляются новые технологии, основанные на особенностях движения расплава под действием управляемых электровихревых течений. Это становится возможным благодаря инновациям в конструкции самой печи и использованию современных мощных управляемых электрических источников тока как отечественного, так и зарубежного производства, а также появлению надежных подовых электродов и совершенствованию конструкционных материалов печи.

Одной из российских разработок является ДППТ с асимметрично расположенными подовыми электродами (АРПЭ). Циркуляция расплава в них осуществляется за счет взаимодействия токов, протекающих через расплав, с их собственными электромагнитными полями. Для реализации процесса перемешивания расплава в подине печи устанавливают не менее двух подовых электродов, оси которых смещены по отношению к оси ванны. Опорное пятно дуги размещается по центру ванны под осевым графитовым катодом. Этот способ возбуждения ЭВТ приводит больший объем расплава в движение и позволяет в какой-то мере управлять им.

Технология перемешивания расплава в ДППТ за счет возбуждения ЭВТ (без использования внешних индукторов) успешно применяется на ряде российских и зарубежных предприятий: ОАО «ПО Усольмаш» (г. Усолье-Сибирское), ОАО «Курганмашзавод» (г. Курган), ОАО «Костромамотордеталь» (г. Кострома), ПО «Ижсталь» (г. Ижевск), ОАО «ГАЗ» (г. Нижний Новгород), ОАО «Тяжпрессмаш» (г. Рязань), ОАО «Ковровский электромеханический завод» (г. Ковров), «Elektrotherm Ltd» (Индия, г. Ахмедабад), «Aluminium alloys of Estonia AS» (Эстония, г. Таллинн) и др.

Однако до сих пор перемешивание посредством АРПЭ является малоизученным. Положение электродов и характеристики, проходящих через ванну токов, подбираются либо эмпирически на конкретном производственном агрегате, либо для их определения используются данные, полученные на ртутной модели (в 80-х годах прошлого века).

Сложность экспериментального познания процессов перемешивания в ванне в ДППТ под действием электровихревых течений приводит к сдерживанию дальнейшего прогресса электропечестроения. Выходом из создавшегося положения может быть создание адекватных математических и удобных компьютерных моделей рассматриваемого объекта.

Другим новым направлением интенсификации и управления перемешиванием расплава в ванне является использование вынужденных пульсаций тока дуги (путем изменения частоты и коэффициента его модуляции). Положительной особенностью этих технологий является то, что они не требуют дополнительного технологического оборудования и не вносят существенных изменений в конструкцию печи. Однако воздействие пульсирующих струй на расплав и влияние пульсирующего тока на массоперенос в ванне также изучен еще далеко не полностью и потому требует дополнительных теоретических, модельных и экспериментальных исследований. Поэтому работа по изучению ЭВТ в ванне с токонесущим расплавом посредством математического моделирования представляется нам актуальной.

Целью работы является создание математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для изучения электровихревых течений в ванне расплава металлургических агрегатов, а также поиск путей по повышению эффективности перемешивания и интенсификации тепломассообменных процессов в ванне расплава дуговых печей постоянного тока.

Объектом исследования являются металлургические агрегаты, в которых протекают большие токи через ванну расплавленного металла. Это, прежде всего дуговые и плазменные печи постоянного тока по выплавке черных, цветных металлов и их сплавов.

Предметом исследования являются электромагнитные поля, объемные электромагнитные силы, электровихревые течения, осуществляющие перемешивание и выравнивание химического состава и температуры расплава в ванне металлургических агрегатов.

Рассматривается комплекс программных средств, необходимый для автоматизированной оценки качества перемешивания расплава и имитации его вихревого течения, а также теплового состояния при заданных параметрах ванны и электродов и технологических характеристиках ДППТ.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели предполагается решение ряда задач, основными из которых являются: — разработать математическую модель, алгоритмы и программное обеспечение для нахождения распределения электромагнитных параметров и объемных электромагнитных сил в ванне расплава ДППТ с одним и двумя произвольно расположенными подовыми электродами;

- разработать математическую модель, алгоритмы и программное обеспечение для определения характеристик ЭВТ электропроводящей жидкости в ванне расплава ДППТ с одним подовым электродом, ось которого совпадает с осью ванны;

- разработать математическую модель, алгоритмы и программное обеспечение для определения степени усреднения химического состава и температуры металла в ванне при участии электровихревых течений;

- определить посредством физического моделирования характер ЭВТ по ванне ДППТ с одним и двумя подовыми электродами, оценить адекватность созданных математических моделей;

- провести анализ процессов ЭВТ и ТМО в ванне с указанием направления поиска оптимальных технологических режимов и конструкций подовых электродов, путей повышения эффективности перемешивания расплава в ванне ДППТ;

- поиск путей по повышению эффективности перемешивания расплава в ванне ДППТ при АРПЭ и применению пульсирующих режимов при одном подовом электроде;

- разработка концепции по выбору управляющих воздействий для перемешивания расплава посредством ЭВТ и выбора оптимальных конструктивных и технологических параметров при АРПЭ;

- создание инженерных методов расчета электрических характеристик и параметров ЭВТ при использовании АРПЭ;

- проверка новых режимов воздействия на расплав для его перемешивания в ванне на действующих предприятиях РФ.

Методы исследования. В диссертационной работе проведены исследования с использованием методов математического моделирования, вычислительной математики и объектно-ориентированного программирования. Физическое моделирование проводилось с использованием теории подобия и размерности. Проверка адекватности созданных математических моделей осуществлялась на основе данных, полученных на лабораторной установке и опытно-промышленных исследований. Для решения краевых задач использовался метод конечных разностей, системы линейных алгебраических уравнений решались методом Зейделя и прогонки. Программные продукты реализованы с помощью сред визуального программирования Borland Delphi 7, Visual Basic 6, Visual Basic for Applications.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов исследований задач магнитогидродинамики и тепломассообмена, базирующихся на фундаментальных законах сохранения массы, энергии, импульса, заряда, уравнениях математической физики, теории электродинамики сплошных сред, теории физического подобия, известных и апробированных численных методах. Адекватность созданных математических моделей подтверждается: сопоставлением компьютерного моделирования и теоретических исследований с лабораторными и промышленными экспериментами; согласованием результатов расчета тестовых и методических задач с результатами расчетов по методикам других авторов и экспериментальными данными; непротиворечивостью созданных моделей устоявшимся представлениям и самим себе; соответствием всех утверждений, измерений и выводов закону достаточного основания.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту. 1. Впервые проведено комплексное математическое моделирование гидродинамических и тепломассообменных процессов в ванне токонесущего расплава при протекании через него одного или двух постоянных или пульсирующих токов. С этой целью разработаны и адаптированы к реальным процессам математические модели: — распределения электромагнитных полей и объемных электромагнитных сил в ванне расплава ДППТ с одним и двумя подовыми электродами, через которые протекают пульсирующие токи;

ЭВТ расплава в осесимметричной ванне под действием ОЭМС и плазмы дуги; теплового состояния и массопереноса примеси в ванне расплава ДППТ при наличии электровихревых течений; геометрических параметров лунки образующейся при силовом воздействии на расплав свободной и пульсирующей дуги.

2. Изучен механизм возникновения и динамика развития вихрей в районе подовых электродов и пятна дуги. Установлены основные факторы, влияющие на характер течения расплава в ванне. Изучена динамика ЭВТ при внезапном включении и выключении тока.

3. Впервые показаны основные особенности, и наличие симметрии электромагнитных полей, ОЭМС и ЭВТ в ванне расплава ДППТ. Установлены основные электромагнитные, силовые и гидродинамические особенности, появляющиеся при переходе от одного подового электрода, ось которого совпадает с осью ванны, к электроду, ось которого параллельна оси ванны и далее — к двум АРПЭ.

4. Установлено, как посредством асимметрии величин токов и сдвига фаз между пульсирующими токами, протекающими через два подовых электрода, можно управлять направлением и интенсивностью ЭВТ расплава в ванне ДППТ.

5. Проведена теоретическая оценка частоты и коэффициента затухания малых собственных колебаний лунки на поверхности жидкости, образованной под действием свободной дуги. Проанализирована роль пульсирующего тока на ЭВТ и процессы тепломассообмена, протекающие в ванне расплава. Определен эффективный диапазон частот, скважность импульсов и коэффициент модуляции пульсаций тока дуги, обеспечивающих интенсификацию массопереноса в ванне расплава.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1) предложены новые режимы, которые могут быть применены: в агрегатах с одним подовым электродом — использование пульсирующего тока для эффективного взаимодействия металла и шлака и интенсификации тепломассообмена в ванне; в агрегатах с двумя подовыми электродами — использование в качестве управляющего воздействия сдвиг фаз между пульсирующими токами для управления перемешиванием расплава и «сброса» вихрей;

2) сформулированы требования, предъявляемые к параметрам токов, протекающих через подовые электроды в ДППТ;

3) разработаны программные средства, позволяющие выбрать эффективный режим перемешивания металлургических расплавов в ванне ДППТ стандартной конфигурации любой емкости по выплавке черных, цветных металлов и их сплавов;

4) созданы математические модели (поведения ОЭМС и ЭВТ) для применения в качестве управляющего комплекса в автоматизированной системе перемешивания расплава в печи;

5) получен инструмент в виде программного продукта для проектировщиков, дающий возможность прогнозировать поведение ЭВТ при использовании того или иного конструктивного или технического решения и выбрать из набора возможных вариантов оптимальный;

6) создан новый инструмент для инженеров и производственников по управлению интенсивностью и характером ЭВТ в ванне жидкого металла.

7) для практического использования разработаны и защищены патентами Российской Федерации: способ электроплавки в ДППТ, реализующий принцип перемешивания расплава посредством ЭВТ; несколько конструкций устройств для перемешивания расплава посредством ЭВТ на различных участках MHJ13, повышающих качество непрерывнолитого слитка;

- конструкция устройства для перемешивания металла в промежуточной ванне электронно-лучевой печи.

Новизна и значимость технических решений подтверждена 11 патентами РФ, двумя свидетельствами об отраслевой разработке и более чем 80 публикациями в научных изданиях. Представленные в диссертации методы, способы и программные средства апробированы на нескольких заводах России и используются в учебно-исследовательском процессе ряда высших учебных заведений. В частности, научные аспекты исследований нашли отражение в учебно-методическом материале и используются в учебном процессе ГОУ ВПО «МГТУ».

Основные защищаемые положения работы.

1. Создано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для комплексного изучения электромагнитных, гидродинамических и тепломассообменных процессов в ванне токонесущего расплава металлургических агрегатов.

2. Изучен механизм возникновения и динамика развития вихрей в районе токоподводов. Установлены основные факторы, влияющие на характер ЭВТ токонесущего расплава в ванне.

3. Разработана и обоснована технология перемешивания расплава в агрегатах с двумя токоподводами с использованием пульсаций тока дуги, применимая к дуговым печам с одним подовым электродом.

4. Разработана и обоснована технология для управления перемешиванием расплава и «сброса» вихрей в агрегатах с тремя токоподводами с использование в качестве управляющего воздействия сдвиг фаз между пульсирующими токами.

5. Предложены алгоритмы для определения: силы тока, протекающего между подовыми электродами, при известных характеристиках токов выдаваемых источником питания. параметров перемешивания ванны от геометрических и технологических параметров металлургических агрегатов.

Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на многочисленных научно-практических конференциях и семинарах. Среди них Международные научно-практические конференции:

Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии» (Москва, 2002), «Современные проблемы электрометаллургии стали» (Челябинск, 2004, 2007), «На передовых рубежах науки и инженерного творчества» (Екатеринбург, 2004), «Актуальные проблемы электрометаллургии, сварки, качества» (Новокузнецк, 2006), «Творческое наследие Б.И. Китаева» (Екатеринбург, 2009); Всесоюзные конференции: «Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении» (Миасс, 1986), «Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении» (Челябинск, 1988), «Интенсификация тепловых, массообменных и физико-химических процессов в металлургических агрегатах» (Свердловск, 1989); Всероссийские конференции: «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов» (Пенза, 2001), «Создание и внедрение корпоративных информационных систем на промышленных предприятиях Российской Федерации» (Магнитогорск, 2005, 2007); Межгосударственная научно-техническая конференция: «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века» (Магнитогорск, 1997); Международный конгресс сталеплавильщиков (Магнитогорск, 2002, 2008; Старый Оскол, 2006); XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 80-летию В.П. Макеева (Миасс, 2004); VII съезд литейщиков (Новосибирск, 2005); VIII Московский международный салон инноваций и инвестиций (Москва, 2008). Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 80 публикациях (из них 15 включены в список ВАК для докторских диссертаций), в том числе в 3 монографиях. Результаты исследования защищены 11 патентами РФ на изобретение и полезную модель и 2 свидетельствами о регистрации в отраслевом фонде алгоритмов и программ РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 363 страницах, в том числе: основной текст на 347 страницах, содержит — таблиц 22, рисунков 186, библиографический список из 151 наименований на 9 страницах, приложение на 7 страницах.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Ячиков, Игорь Михайлович

Основные выводы по работе

1. Разработан комплекс математических моделей, алгоритмов и программ

U) для изучения электровихревых течении в токонесущих расплавах металлургических агрегатов.

2. В результате проведенного комплексного исследования токонесущего расплава в ванне посредством вычислительного эксперимента удалось установить: характер распределения напряженностей электрических и магнитных полей и объемных электромагнитных сил в зависимости от геометрии ванны, расположения и размеров подовых электродов и токов, протекающих через них, и что ОЭМС являются определяющими гидродинамическую обстановку в ванне; зависимости напряженностей электрических и магнитных полей и ОЭМС от токов, протекающих через один или два подовых электрода; наличие осевой и зеркальной симметрии для напряженностей электрических, магнитных полей, ОЭМС и ЭВТ в ванне расплава (при одном и двух подовых электродах); появление качественно новых электромагнитных, силовых и гидродинамических явлений, возникающих в ванне расплава при переходе от ДППТ с одним осевым подовым электродом к его асимметричному расположению и далее — к двум подовым электродам; характер стационарных и нестационарных ЭВТ расплава при различных конструкционных и технологических параметрах работы ДППТ; зависимость характерной скорости расплава от его свойств, геометрии электродов, ванны и тока дуги.

3. Разработана математическая модель тепломассообмена в ванне токонесущих расплавах металлургических агрегатов. Создан программный продукт, позволяющий изучать температурное и концентрационное поля в ванне расплава в любой момент времени с учетом электровихревых течений.

4. Установлено, что в ДППТ ЭВТ являются определяющим фактором, и м влияющим на температуру в районе пятна дуги и подины ванны.

Разработан алгоритм определения параметров перемешивания расплава и определения минимального времени, необходимого на проведение процесса рафинирования металла.

5. Проведены экспериментальные исследования на лабораторной печи по изучению характера ЭВТ с использованием расплава олова. Получена структура электровихревых течений расплава на свободной поверхности ванны и в плоскости, проходящей через оси ванны и анода, при наличии одного и двух подовых электродов. Оценены размеры вихрей и застойных зон. Установлено, что объем расплава в ванне, вовлекаемый в интенсивное электровихревое течение, увеличивается с уменьшением диаметров подовых электродов, с увеличением тока дуги и расстояния между осями ванны и подового электрода.

6. Показана принципиальная возможность управлять интенсивностью и направлением течения расплава в районе между подовыми электродами, а значит, и во всей ванне, за счет изменения сдвига фаз между пульсирующими токами, проходящими через подовые электроды.

7. Создан алгоритм расчета разности потенциалов и тока между двумя подовыми электродами ДППТ при наличии пульсирующих токов, протекающих через них. Его использование позволит контролировать и корректировать систему перемешивания расплава за счет изменения сдвига фаз между пульсирующими токами.

8. Разработана математическая модель тепломассообмена в поверхностных слоях расплава в районе пятна дуги, в которой ток меняется по периодическому закону. Проведено исследование поведения поверхностных слоев расплава при воздействии на него дуги, по которой протекает пульсирующий ток. Получена теоретическая оценка частоты собственных малых колебаний лунки и коэффициента их затухания. Установлено, что резонансная частота и частота затухающих колебаний мало отличаются от собственной частоты и имеют величину до 10 Гц. Даны практические рекомендации по выбору параметров пульсирующего тока: скважности импульсов и коэффициента модуляции.

9. Предложены рекомендации по усовершенствованию технологии перемешивания расплава: в ванне ДППТ с двумя АРПЭ использовать меняющиеся или пульсирующие токи, протекающие через подовые электроды со сдвигом фазы. Это позволяет управлять характером течений и эффективно устранять застойные вихри на подине печи. Даны рекомендации по выбору функции изменения токов через подовые электроды во времени; в ванне ДППТ с одним подовым электродом использовать пульсации тока дуги, что повышает эффективность взаимодействия металла и шлака.

10. Проведены производственные исследования по отработке новой технологии пульсационного перемешивания расплава в ванне ДППТ с одним подовым электродом. Установлено наличие интенсификации перемешивания расплава при пульсирующем характере тока. Использование вынужденных пульсаций тока дуги можно рекомендовать для применения в ДППТ с одним подовым электродом, в особенности для процессов, эффективность которых определяется взаимодействием газовой фазы с поверхностью расплава (прежде всего процессы по восстановлению оксидной ванны, по десульфурации или дефосфации металла).

Созданные программные продукты могут использоваться специалистами производственных предприятий для установления характера течения, распределения скоростей, температур и концентраций в ванне действующих агрегатов при различных токовых нагрузках. Разработанные программные продукты являются удобным инструментом для проектировщиков. С их помощью можно прогнозировать поведение ЭВТ и теплового состояния ванны при использовании того или иного конструкционного или технического решения в существующих, реконструируемых или новых печах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение качества продукции черной и цветной металлургии с одновременным снижением расхода легирующих добавок и энергоресурсов во многом определяется эффективным перемешиванием расплава в ванне электродуговых печей.

При работе ДППТ электрометаллургам, прежде всего, интересно Джоулево тепловыделение при прохождении электрического тока через столб плазмы, который мы называем электрической дугой. Однако природа устроена так, что при прохождении электрического тока через расплав от пятна дуги до подового электрода диссипация электрической энергии идет и на возбуждение электровихревых течений. Они объективно существуют, и только от нас зависит, будем мы их просто учитывать или широко использовать в металлургических технологиях.

На основе анализа научной литературы было установлено, что изучению ЭВТ в ваннах ДППТ и ДСП посвящено относительно небольшое число публикаций, отсюда многие вопросы теории и практики неясны или противоречивы. Можно, с определенной долей уверенности утверждать, что данная работа является одной из первых, где комплексно изучаются ЭВТ в ваннах ДППТ имеющих один или два подовых электрода. Отсюда неизбежно возник очень широкий круг вопросов и задач, и поэтому не удалось на все из них получить исчерпывающие ответы.

Проведенные исследования и полученные результаты не претендуют на охват всей проблематики, связанной с электровихревыми течениями в ванне расплава, а показывают возможные перспективы на пути их дальнейшего изучения и использования в самых различных металлургических агрегатах работающих с токонесущими жидкостями.

Необходимо отметить, что при изложении всех математических моделей и методик численного расчета, особое значение придавалась, прежде всего, физическому смыслу рассматриваемых процессов. Намеренно не использовался сложный математический аппарат, а где это было возможно, применялись только оценки по порядку величины.

Большинство компьютерных расчетов и построенных алгоритмов основывалось на известных и апробированных численных методах. При использовании такого подхода происходит лучшее понимание получаемых результатов, особенно при изучении сложных процессов, к которым, без всякого сомнения, относятся электровихревые течения в высокотемпературных металлургических агрегатах.

Не подлежит сомнению, что ЭВТ являются эффективным инструментом для целенаправленного управления потоками токонесущего расплава, а умение учитывать и практически использовать электровихревые течения повышает технико-экономические характеристики металлургических агрегатов, использующих токонесущие расплавы.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Ячиков, Игорь Михайлович, 2009 год

1. Электровихревые течения / В.В. Бояревич, Я.Ж. Фрейберг, Е.И. Шилова, Э.В. Щербинин. Рига: Зинатне, 1985. 315 с.

2. Макаров А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. Тверь: ТГТУ, 1998.- 184 с.

3. Стомахин А.Я., Котельников Г.И., Еланский Д.Г. и др. Вопросы технологии выплавки стали в дуговых печах постоянного тока// Сталь. 1994. №5. С. 31-34.

4. Малиновский B.C., Дубинская Ф.Е. Технико-экономические аспекты альтернативных технологий плавки металла в дуговых печах // Электрометаллургия. 1999. № 3. С. 8-16.

5. Ефименко С.П., Пилюшенко B.JL, Смирнов А.Н. Пульсационное перемешивание металлургических расплавов. М.: Металлургия, 1989. -168 с.

6. Лопухов Г.А. Применение кислорода в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия. 2005. № 3. С. 2-27.

7. Миляев А.Ф. Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2001. — 410 с.

8. Ищенко В.А., Романов О.М., Трещалин А.В. Основные направления модернизации литейных цехов заводов горношахтного оборудования // Уголь. 2002. № 5. С. 35-41.

9. Малиновский B.C., Ярных Л.В., Афонаскин А.В. Новое поколение дуговых печей постоянного тока для металлургического и литейного производства // Труды VII конгресса сталеплавильщиков. М.: Чеметинформация, 2003. С. 70-77.

10. Миляев А.Ф., Кадников С.В., Ячиков И.М. и др. Выбор агрегатов для выплавки стали в сталелитейных цехах// Труды VII конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2003. С. 354-357.

11. Афонаскин А.В., Андреев И.Д., Власов Н.С. и др. Результаты первого этапа освоения дугового плавильного агрегата постоянного тока нового поколения на ОАО «Курганмашзавод» // Литейное производство. 2000. № 11. С. 20-23.

12. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Производство стали. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 540 с.

13. Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1977. 488 с.

14. Окороков Н.В. Электромагнитное перемешивание металла в дуговых сталеплавильных печах. М.: Металлургиздат, 1961. 176 с.

15. Зубарев А.Г. Интенсификация электроплавки. М.: Металлургия, 1972. -208 с.

16. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1995. 592 с.

17. Шумихин B.C., Лузан П.П., Жельнис М.В. Синтетический чугун. Киев:

18. Наукова думка. 1971. — 160 с.

19. Романов J1.M., Болдин А.Н., Граблев А.Г. и др. Электрические печи литейных цехов для выплавки черных и цветных сплавов: Учеб. пособие М.: МГИУ, 2005. - 104 с.

20. Андреев И.Д., Афонаскин А.В., Евсеев B.C. Плавка чугуна в дуговых печах постоянного тока нового поколения ОАО "Курганмашзавод"// Литейное производство. 2005. № 1. С. 27-28.

21. Горобец В.Г., Гаврилов М.Н. Производство стали в дуговой печи: Учеб. пособ. М.: Металлургия, 1986. — 208 с.

22. Семкин И.Г., Коптев А.П., Морозов А.П. Внепечная плазменная металлургия. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 490 с.

23. Дошкицкая А.И., Кропачев Г.П. Технико-экономические преимущества применения электромагнитного перемешивания в электродуговых печах // Электромагнитное перемешивание расплавленных металлов: Тр. УПИ. Сб. № 133. Свердловск, 1963. С. 7-10.

24. Пат. США № 3985945, МКИ Н051/26. Плазменная печь.

25. А.с. СССР № 287264, МКИ С21С 7/00 Устройство для перемешивания жидкого металла.

26. Повышение напряжения дуги и удаление азота путем вдувания метана при электроплавке / Пер. Г.П. Воронова // Черметинформация. Новости черной металлургии за рубежом. № 4, 2004. — С. 44—45.

27. Пат. ФРГ № 2063532, МКИ Н05Н 1/00. Плазменная печь.

28. Лопухов Г.А. Применение кислорода в дуговых сталеплавильных печах

29. Электрометаллургия. 2005. № 3. С. 2-27.

30. Заявка 53-42011 Япония. МКИ С21С 7/00 Способ рафинирования восстановлением жидкого чугуна.

31. Заявка 2396087 Франция, МКИ С21С 7/00. Способ рафинирования расплавленных масс на основе железа и устройства для его осуществления

32. Явойский В.И., Явойский А.В., Сизов A.M. Применение пульсирующего дутья при производстве стали. М.: Металлургия, 1985. — 176 с.

33. Ячиков И. М. Интенсификация массопереноса в электропечах постоянного тока. Магнитогорск: МГТУ, 2002. — 132 с.

34. Мешков М.А. Исследование процесса плавки алюминиевых сплавов дугой постоянного тока// Технология легких сплавов. 2002. № 2. -С. 20-26.

35. Повх И.Л., Капуста А.Б., Чекин Б.В. Магнитная гидродинамика в металлургии. М.: Металлургия, 1974. 240 с

36. Пат. США № 3020323. С22С 5/00. Способ перемешивания электропроводных расплавов.

37. Техническая электромагнитная гидродинамика: Сб. науч. тр. Вып. 1. ДонНИИЧермет. С. 61.

38. А.с. СССР № 253314, МКИ C22D 1/10 Способ возбуждения вибрации расплава / А.Б. Капуста, Б.В. Чекин.

39. Пат. РФ № 2070307, МПК F26B 1/00. Плазменная печь для переработкиметаллов / А.П. Морозов, В.К. Литвинов.

40. Пат. РФ № 2048662, МКИ F27B 3/08, С22В 9/20. Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществления / B.C. Малиновский и др.

41. Пат. РФ 2104450 F27B 3/08. Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществления.

42. Деревянченко И.В., Лозин Г.А., Шумахер Э.А. и др. Совершенствование условий энергообеспечения современного электросталеплавильного процесса// Сталь. 2005. № 1. С. 45-50.

43. Закамаркин М.К., Беспалько В.И., Храмов В.В. и др. Освоение дуговой печи постоянного тока// Сталь. 2000. № 4. С. 32—34.

44. Глинков Г.М., Маковский В.А. АСУ технологическими процессами в агломерационных и сталеплавильных цехах. Учеб. Для Вузов.-М. Металлургия. 1981. 340 с.

45. Казаков С.В., Свяжин А.Г., Поживанов А.Н. Время усреднения по составу и температуре при продувке жидкой стали в ковше//Изв. АН СССР. Металлы, 1988,№2. С. 5-12.

46. Верте Л.А. Магнитная гидродинамика в металлургии. М, Металлургия, 1975.-288 с.

47. Дюдкин Д.А., Бать С.Ю., Гринберг С.Е., Маринцев С.Н. Производство стали на агрегате ковш-печь. Под науч. ред. Дюдкина Д.А. — Донецк: ООО «Юго-Восток, ЛТД», 2003. 300 с.

48. Явойский А. В., Явойский В. И. Физико-химические основы процессов производства стали. М.: Наука, 1979. С. 197-206.

49. Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии. М.: Металлургия, 1985. 280 с.

50. Продувка стали в ковше пульсирующим потоком аргона / А.В. Явойский, С.П. Терзиян, А.В. Пан А.В. и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1987. № 3. С. 40^43.

51. Окороков Н.В. Дуговые сталеплавильные печи. М.: Металлургия, 1971, -344 с.

52. Егоров А.В. Расчет мощности и параметров электроплавильных печей. М.: МИСиС, 2000. 272 с.

53. Еланский Г.Н. Неделя высоких технологий // Сталь. 2000. № 2. С. 27-30.

54. Первый опыт эксплуатации новой высокопроизводительной ДППТ на заводе фирмы Штальверк Тюринген ГмбХ / Ромен Хенрион, Жан-Мишель Денглер, Герольд Лахман и др. // Металлургическое производство и технология металлургических процессов. 1998. С. 40^47.

55. Малиновский B.C. Подовый электрод электропечи/ Патент РФ № 212187.

56. Бортничук Н.И., Крутянский М.М. Плазменно-дуговые плавильные печи. М.: Энергоиздат, 1981. 120 с.

57. Ерохин А.А. Закономерности плазменно-дугового легирования и рафинирования металлов. М.: Наука, 1984. — 185 с.

58. Давление плазменной дуги на металл / Г.В. Торхов, Ю.В. Латаш, А.К. Кадрин и др. // ФХОМ. 1984. № 1. С. 64-69.

59. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма: пер. с нем. М.: Иностр. литература, 1961. — 370 с.

60. Никольский Л.Е., Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей. М.: Металлургия, 1981. — 320 с.

61. Макаров А.Н., Свенчанский А.Д. Оптимальные тепловые режимы дуговых сталеплавильных печей. М. Энергоатомиздат, 1992. — 96 с.

62. Ерохин А.А. Силовое воздействие дуги на расплавленный металл // Автомат, сварка. 1979. № 7. С. 21-26.

63. Гельфгат Ю.М., Лиелаусис О.А., Щербинин Э.В. Жидкий металл под действием электромагнитных сил. Рига: Зинатне, 1975. — 248 с.

64. Спелицин Р.И. Исследование заглубления электрической дуги в жидкую ванну в условиях высокомощных дуговых сталеплавильных печей// Электротермия. 1975. Вып. 12 (160). С. 10-11.

65. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. Электродинамика. М.: Наука, 1969. -271 с.

66. Марков Н.А., Чердовских П.П. Распределение электрического тока в ванне дуговой печи. М.-Л.: Энергия, 1966. 104 с.

67. Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лучевой £ обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. — 239 с.

68. Леушин А.И. Дуга горения. М.: Металлургия, 1973. — 240 с.

69. Дуговые печи постоянного тока в современном электросталеплавильном производстве/ И.Ю. Зинуров, Ю.А. Гудим, B.C. Галян и др. // Электрометаллургия. 2005. № 10. С. 3-12.

70. Погорелов А.В. Аналитическая геометрия. М.: Наука, 1978. 208 с.

71. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М., Наука, 1982.-620 с.

72. Самарский А.А. Теория разностных схем. М: Наука, 1983. 616 с.

73. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск: Наука и техника, 1976. — 144 с.

74. Сидоренко М.Ф. Теория и технология электроплавки стали. М.: Металлургия, 1985. 270 с.

75. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1986. 463 с.

76. Козлов О.В. Влияние электромагнитных полей на показатели мощных РТП //сб. Актуальные проблемы создания дуговых и рудотермическихпечей. М.: Энергоиздат, 1984. С. 77-80.

77. Ramirez М., Alexis J., Trapaga G. Modeling of a DC Electric Ars Furnace — Mixing in the Bath// ISIJ International. 2001. 41. №10. С. 1146-1155. Англ.

78. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. 1984. М.: Энергоатомиздат. 150 с.

79. Чудновский А.Ю. О моделировании электровихревых течений // Магнитная гидродинамика. 1989. № 3. С. 69—74.

80. Бакакин А.В., Хорошилов В.О., Кельманов В.Е. Математическое моделирование течения металла в сталеразливочном ковше при продувке инертным газом // Изв. вузов. Черная металлургия. 1981. № 4. С. 52-56.

81. Игнатов И.И., Сандлер В.Ю. Теплоперенос в ванне ДСП после расплавления металла // в сб. Математическое моделирование и расчет дуговых и плазменных сталеплавильных печей. М.: ВНИИЭТО, 1983. -С. 20-25.

82. Чернятевич А.Г., Наливайко А.П., Приходько А.А. Численное моделирование перемешивания и теплообмена в конверторной ванне// Изв. вузов. Черная металлургия. 1984. № 5. С. 44-48.

83. Экспериментальное исследование поля скоростей в осесимметричном <3 электровихревом течении в цилиндрическом контейнере / Жилин В.Г.,

84. Ивочкин Ю.П., Оксман А.А. и др. // Магнитная гидродинамика. 1986. №3. -С. 110-116.

85. Ерохин А.А. Плазменно-дуговая плавка металлов и сплавов. М.: Наука, 1975.- 188 с.

86. Берковский Б.М., Полевиков В.К. Вычислительный эксперимент в конвекции // Мн.: Университетское. 1988. — 167с.

87. Грязнов B.JL, Полежаев В.Н. Исследование некоторых разностных схем и аппроксимаций граничных условий для численного решения уравнений тепловой гравитационной конвекции. М.: Наука, 1974. 71с. (Препринт № 40 Института проблем механики АН СССР).

88. Патанкар, Сполдинг. Тепло и массообмен в пограничных слоях. — М.: Энергия, 1971.- 125 с.

89. Госмен А.Д., Пан В.М., Панчел А.К. и др. Численные методы исследования течений вязкой жидкости. М.: Мир, 1972. 323 с.

90. Сталеплавильное производство. Справочник. Том 1. Под общей ред. A.M. Самарина. М.: Металлургия, 1964. 104 с.

91. Смитлз К. Дж. Металлы. М.: Металлургия. 1980. 447 с.

92. Явойский В.И., Дорофеев Г.А., Повх И.Л. Теория продувки сталеплавильной ванны. -М.: Металлургия, 1974. -496 с.

93. Сурин В.А., Назаров Ю.Н. Массо- и теплообмен, гидрогазодинамика металлургической ванны. -М.: Металлургия, 1993. -208 с.

94. Вдовин К.Н., Семенов М.В., Точилкин В.В. Рафинирование стали впромежуточном ковше MHJI3. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. -118с.

95. Яковлев В.В. Об описании массообмена в зоне удара дутьевого потока и интенсивного перемешивания поверхности ванны. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по тепло- и массообменным процессам в ваннах сталеплавильных агрегатов. 1986, Жданов. С. 16.

96. Варгафтик Н.Б.Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

97. Техническая электромагнитная гидродинамика. Донецк, Книжное изд-во, 1970 (ДонНИИчермет. Сб. №20(4)). 250 с.

98. Дементьев С.Б., Жилин В.Г., Ивочкин Ю.П. и др. К вопросу о формировании электровихревых течений при много электродном токоподводе/ Магнитная гидродинамика. 1988.-№4. С. 121—125.

99. Электротехника. Под ред. B.C. Пантюшина. М: Высшая школа, 1976. — 560 с.

100. Тир JI.JI., Столов М.Я. Электромагнитные устройства для управления циркуляцией расплава в электропечах. М.: Металлургия, 1972. — 208 с.

101. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. Т. 6. -736 с.

102. Хмелевская Е.Д. Исследование гидродинамики и массообмена между расплавленными шлаком, металлом и струей газа на холодных моделях. М.: Наука, 1964.-193 с.3 103. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советскоерадио, 1977.-617 с.

103. Марков Б.Л., Кирсанов А.А. Физическое моделирование в металлургии. М.: Металлургия, 1984. 119 с.

104. Гречко А.В., Нестеренко В.Д., Кудинов Ю.А. Практика физического моделирования на металлургическом заводе. М.: Металлургия, 1976. 224 с.

105. Мошняга В.Н., Шарамкин В.И. Экспериментальное исследование электровихревого течения в цилиндрической емкости // Магнитная гидродинамика. 1980. № 1. С. 77-80.

106. Экспериментальное исследование поля скоростей в осесимметричном электровихревом течении в цилиндрическом контейнере / Жилин В.Г., Ивочкин Ю.П., Оксман А.А. и др. // Магнитная гидродинамика. 1986. №3. С. 110-116.

107. Жидкие металлы и шлаки. Справочник. Андронов В.Н., Чекин Б.В., Нестеренко С.В. М.: Металлургия, 1977. 128 с.

108. Шаляев С.В., Неугодников О.В., Якшук Д.С. Реализация концепции минизавода при реконструкции метизнометаллургического производства ОАО «НСММЗ»//Современные проблемы электрометаллургии стали.-Издательство ЮУрГУ, 2004. С. 30-32.

109. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. Введение в теорию диссипативных структур. М.: Мир, 1979. 279 с.

110. Гинзбург И.П., Сурин В.А., Богаутдинов А.А. Массообмен в жидкойванне и пути его интенсификации // Тепло- и массообмен в сталеплавильных агрегатах: Науч. тр. / МИСиС. 1979. № 120. С.52-56.

111. Яковлев В.В., Роянов А.А., Филиппов С.И. Массоперенос кислорода в расплаве при воздействии газовой струи с ванной // Изв. вузов. Черная металлургия. 1977. № 1. С. 5-8.

112. Эффективность массопереноса при взаимодействии газовых струй с жидкостью / Белов И.В., Белов Б.Т., Носков А.С. и др. // Гидродинамика и теория упругости. 1984. Вып. 26. С. 83-86.

113. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1959. -525 с.

114. Бенетт К.О., Майерс Д.Е. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. М.: Недра, 1966. 726 с.

115. Jones Т., Warner N. FA. Top — bloning requirements for direct polymetallic smeelting. Inst Metal, Pyromettallugy' 87. London, 1987. P. 605-626.

116. Ланге K.B. Массообмен между газами и металлами при наличии естественной конвекции // Кинетика и термодинамика взаимодействия газов с жидкими металлами. М.: Наука, 1974. С. 21—28.

117. Лисиенко В.Г., Лобанов В.И., Китаев Б.И. Теплофизика металлургических процессов. М.: Металлургия, 1982. 240 с.

118. Галицейский Б.М., Рыжов Ю.А., Якуш Е.В. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках. М.: Машиностроение, 1977. 256 с.

119. Филиппов А.К., Крутянский М.М., Фарнасов Г.А. Использование электропечей постоянного тока в металлургии. // Сталь № 1, 2002. С. 33-37.

120. Ячиков И.М., Девятов Д.Х., Логунова О.С., Портнова И.В. Исследование макрокинетики процесса восстановления металла из его оксидов с использованием пульсирующих плазменных струй. // Изв. вузов, Черная металлургия. 2002, № 7. - С. 17—19.

121. Конке Г.Я., Панфилов С.А., Цветков Ю.В. Кинетика восстановления при плазменной плавке закиси-окиси кобальта. //Физика и химия плазменных металлургических процессов. М.: Наука, 1985. — С. 27—34.

122. Блинов В.А., Конке Г.Я., Панфилов С.А. и др. Восстановление монооксида никеля водородом при электродуговой плавке. //Физика и химия обработки материалов. 1986, № 3. С. 48-51.

123. Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск: Наука, 1967.

124. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: 1987. - 840 с.

125. Медовар Б.И., Емельяненко Ю.Г., Щербинин Э.В. и др. Сравнение результатов физического и математического моделирования поляскоростей в шлаковой ванне при ЭШП //Проблемы специальной электрометаллургии. — 1982. вып. 17. С. 9—15.

126. Пирожников В.Е. Влияние электромагнитного перемешивания на тепловые и физико-химические процессы в ванне дуговой печи. «Черметинформация», 1967, сер.7, инф. 16.

127. Давыдов Н.Г. Высокомарганцевая сталь. М.: Металлургия, 1979. — 176 с.

128. Андриенко С.Ю. Особенности формирования электровихревых течений при электрошлаковых процессах// Изв. вузов, Черная металлургия. -1991, №2.-С. 15-16.

129. Новиков Ю.П. Гидродинамические и тепловые процессы в шлаковой ванне трехфазной печи// Электрометаллургия. 2001, № 12. - С. 19-23.

130. Ахиезер Н.И. Лекции по теории аппроксимации. М.: Наука, 1965. 408 с.

131. Свенчанский А.Д., Смелянский М.Я. Электрические промышленные печи. Ч. 2. М.: Энергия, 1970. 264 с.

132. Вержбицкий В.М. Основы численных методов. М.: Высшая школа,2002. 840 с.

133. Гнездов Е.Н. Энергосберегающая технология перемешивания сталеплавильной ванны на основе физического моделирования // Изв. вузов, Черная металлургия. 2004, № 5. — С. 64-66.

134. Никольский Л.Е., Зинуров И.Ю. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. М.: Металлургия, 1993. 272 с.

135. Ячиков И.М., Карандаева О.И., Ларина Т.П., Портнова И.В. Моделирование электромагнитных процессов в электродуговых печах постоянного тока. Магнитогорск, МГТУ, 2005. — 139 с.

136. Ячиков И.М., Карандаева О.И., Ларина Т.П. Моделирование электровихревых течений в ванне дуговой печи постоянного тока. — Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 234 с.

137. Ячиков И.М. Методы расчета технико-экономических характеристик дуговой сталеплавильной печи: Учеб. Пособие. — Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. 112 с.

138. Патент на изобретение РФ № 2293268/ Способ электроплавки в дуговой печи постоянного тока/ И.М. Ячиков, А.П. Морозов, И.В. Портнова //1. БИПМ. 2007. № 4.

139. Патент на полезную модель РФ № 52990 / Дуговая печь постоянного тока / И.М. Ячиков, А.П. Морозов, И.В. Портнова// БИПМ. 2006. № 2.

140. Патент на полезную модель РФ № 59459 / Устройство для непрерывной разливки металла / И.М. Ячиков, А.П. Морозов, И.В. Портнова // БИПМ.2006. № 36.

141. Патент на полезную модель РФ № 60011, B22D 11/10. Устройство для непрерывной разливки металла / И.М. Ячиков, А.П. Морозов, И.В. Портнова и др. // БИПМ. 2007. № 1.

142. Патент на полезную модель РФ № 62847 /Устройство для подачи, перемешивания и подогрева жидкой стали при непрерывной разливке / И.М. Ячиков, А.П. Морозов, И.В. Портнова // БИПМ. 2007. № 13.

143. Патент на полезную модель РФ № 65408 /Устройство для непрерывного литья заготовок / И.М. Ячиков, С.Н. Сергиенко, А.П. Морозов и др. БИПМ.2007. № 22.

144. Патент на полезную модель РФ № 65799/ Устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка / И.М. Ячиков, А.П. Морозов, И.В. Портнова//БИПМ. 2007. № 24.

145. Патент на полезную модель РФ № 74125, С22В 9/22, H01J 35/305. Установка для электронно-лучевой плавки металлов / И.М. Ячиков, А.П. Морозов // БИПМ. 2008. № 17.1. UJ Оч