Перевод заглавия: Computational model of ledge behavior in aluminum reduction cell
| УДК |
Кл.слова (ненормированные):
производство алюминия -- электролизер -- теплопередача через бортовую футеровку -- гарнисаж -- уравнения в частных производных -- явное выделение фронта кристаллизации -- метод "ловли фронта в фазовый узел" -- aluminum production -- electrolytic cell -- side lining heat transfer -- skull (side ledge) -- partial differential equation -- explicit identification of the crystallization front -- method of "front catching in a phase node"
Аннотация: ЦЕЛЬЮ данной работы является создание автоматической научно- исследовательской системы, снижающей энергопотребление ванн, а также позволяющей анализировать поведение алюминиевого электролизера при подаче управляющих воздействий. Исследуется часть математической модели теплообмена 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. МЕТОДЫ. Модель использует динамическое одномерное уравнение теплопроводности, граничные условия 1 и 3 рода, условие Стефана и метод явного выделения фронта кристаллизации. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. С использованием различных моделей разработанного программного обеспечения проведено сравнение расчетов динамики температур бортовой футеровки и толщины гарнисажа. Показано, что разработанная модель лучше определяет характеристики переходных процессов теплообмена при изменении рабочей температуры расплава и температуры его кристаллизации и может быть использована при разработке алгоритмов управления заданным напряжением на алюминиевых электролизерах. ВЫВОДЫ. Проведено сравнение моделей и представлены результаты расчетов, которые демонстрируют преимущества новой одномерной динамической модели теплопередачи через бортовую футеровку электролизера с учетом фазового перехода. Данная модель может быть использована в составе АСУТП получения алюминия.
The PURPOSE of this work is to create an automated research system that allows to reduce energy consumption of electrolyte pots as well as to analyze the behavior of an aluminum electrolytic cell when applying control actions. The article studies a part of the mathematical model of heat transfer in the aluminum electrolytic cell dealing with the heat transfer through the side lining and melting processes involving the crystallization of skull covering the internal walls of the pot and introducing nonlinear aspects into the control of this metallurgical unit. A new numerical one-dimensional model of skull behavior is presented. It allows to calculate the dynamic variation of temperatures along the cross-section of the electrolytic cell side and the position of the crystallization front. METHODS. The model uses a dynamic one-dimensional heat equation, boundary conditions of the 1st and 3rd kind, Stefan's condition, and the method of explicit identification of the crystallization front. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. Using different models of the developed software the calculations of the side lining temperature dynamics and skull thickness have been compared. It is shown that the developed model better determines the characteristics of heat transfer transient processes under the change in the working temperature of the melt and its crystallization temperature and can be used to develop control algorithms for the set voltage on aluminum electrolyzers. CONCLUSIONS. The models have been compared and the calculation results have been presented. They demonstrate the advantages of the new one-dimensional dynamic model of heat transfer through the side lining of the electrolytic cell taking into account the phase transition. This model can be used as a part of the automated system of production technology control.
РИНЦ
Держатели документа:
Институт вычислительного моделирования СО РАН
Сибирский федеральный университет, Институт цветных металлов и материаловедения
Доп.точки доступа:
Белолипецкий, Виктор Михайлович; Belolipetskii Viktor M.; Пискажова, Татьяна Валериевна; Piskazhova Tatiana V.; Портянкин, Артем Александрович; Portyankin Artem A.