Ρευστοδυναμική προσομοιώση ηλεκτρικής καμίνου εμβαπτισμένου τόξου

Καραλής, Κωνσταντίνος Θ.; Karalis, Konstantinos Th.

dc.contributor.author	Καραλής, Κωνσταντίνος Θ.	el
dc.contributor.author	Karalis, Konstantinos Th.	en
dc.date.accessioned	2015-07-16T10:17:55Z
dc.date.available	2015-07-16T10:17:55Z
dc.date.issued	2015-07-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40981
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4299
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλεκτρική κάμινος τόξου	el
dc.subject	Ηλεκτρόδια	el
dc.subject	Πολυφασική μοντελοποίηση	el
dc.subject	Μαγνητοϋδροδυναμική	el
dc.subject	Θέρμανση Joule	el
dc.subject	Electric arc furnace	en
dc.subject	Multiphase modelling	en
dc.subject	Joule Heating	en
dc.subject	Magnetohydrodynamics	en
dc.subject	Söderberg electrodes	en
dc.title	Ρευστοδυναμική προσομοιώση ηλεκτρικής καμίνου εμβαπτισμένου τόξου	el
dc.title	Computational fluid dynamic simulation of an electric arc furnace	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπολογιστική Μηχανική	el
heal.classification	Μεταλλουργία	el
heal.classification	Computational Mechanics	en
heal.classification	Metallurgy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	27-11
heal.abstract	Στην μεταλλουργία χρησιμοποιούνται ευρέως οι ηλεκτρικές κάμινοι εμβαπτισμένου τόξου για την παραγωγή σιδηρονικελίου (μέσω της αναγωγής μεταλλεύματος λατερίτη). Το παραπροϊόν της διεργασίας ονομάζεται σκωρία η οποία αποτελείται από μικτά οξείδια. Η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την ανωτέρω διεργασία εισάγεται στο σύστημα μέσω τριών βυθισμένων (εμβαπτισμένων) ηλεκτροδίων στο στρώμα της σκωρίας. Λόγω της αντίστασης της σκωρίας στο ηλεκτρικό ρεύμα καθώς και της δημιουργίας πολυάριθμων μικρών ηλεκτρικών τόξων (στην περιοχή της σκωρίας), η ενέργεια αυτή μετατρέπεται σε θερμότητα (φαινόμενο Joule) μέσω της οποίας επιτυγχάνεται η τήξη του μεταλλεύματος. Στην παρούσα εργασία μελετάται, μέσω κωδίκων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, η συσχέτιση μεταξύ των τυπικών παραμέτρων της ηλεκτρικής καμίνου εμβαπτισμένου τόξου (σχήμα ηλεκτροδίων) και των ιδιοτήτων των υλικών του συστήματος. Για αυτό τον λόγο δημιουργήθηκαν ένα δισδιάστατο και ένα τρισδιάστατο μοντέλο για μόνιμες και χρονικά μεταβαλλόμενες συνθήκες. Με παραμετρική ανάλυση στο μοντέλο σε μόνιμες συνθήκες, εξετάστηκε η επίδραση του σχήματος των ηλεκτροδίων στο φαινόμενο Joule, όπου διαπιστώθηκε ότι η χρήση ορθογωνικής διατομής ηλεκτροδίων οδηγεί σε υψηλότερες τιμές θερμότητας Joule. Ομοίως, προσδιορίστηκε η επίδραση της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας της σκωρίας στην κατανομή της τήξης και στο φαινόμενο της θέρμανσης Joule αντίστοιχα. Από την χρονικά μεταβαλλόμενη ανάλυση, προσδιορίστηκε η επίδραση του ηλεκτρικού δυναμικού, της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας της σκωρίας, της γεωμετρίας και του βάθους εμβάπτισης των ηλεκτροδίων στην χρονική εξέλιξη της κατανομής των θερμοκρασιών και της τήξης. Επίσης, προσδιορίστηκε το κύριο φαινόμενο ανάδευσης του λουτρού (ηλεκτρομαγνητική ανάδευση, ανάδευση λόγω του φαινομένου της άνωσης, ανάδευση λόγω των φυσαλίδων μονοξειδίου του άνθρακα) όπου διαπιστώθηκε ότι στο λουτρό κυριαρχεί το φαινόμενο της άνωσης. Τέλος, μέσω της επίλυσης του τρισδιάστατου μοντέλου σε μόνιμες συνθήκες, πραγματοποιήθηκε μια πρώτη προσέγγιση προσδιορισμού της ηλεκτρικής αγωγιμότητας της σκωρίας κάνοντας χρήση των βιομηχανικών μετρήσεων ηλεκτρικού δυναμικού και ρεύματος για επαλήθευση των αποτελεσμάτων.	el
heal.abstract	Ferro-nickel is produced in submerged electric arc furnaces by chemical reduction of nickel laterite ores. The byproduct of this process is the slag which consists of mixed oxides. The electric energy required for the above process is introduced to the system through three submerged electrodes in the slag region. The slag’s electric resistance causes, through Joule heating, the ore melting; the latter is also promoted by numerous small electrical arcs created in the slag region. In this thesis the correlation between the typical parameters of the electric submerged arc furnace (i.e. the shape of the electrodes) and the properties of the materials used in the system (i.e electrical and thermal conductivity of slag) was studied using Computational Fluid Dynamics (CFD). For this purpose, two- and three-dimensional computational models were developed for steady state and transient analysis. By using the developed steady state model, the Joule heating was investigated in connection with the shape of the electrodes and slag’s electrical conductivity, as well as the influence of the slag’s thermal conductivity in the slag and ferronickel melting profile. Moreover, by using the transient analysis, the influence of the applied electrical potential, the thermal and electrical conductivity of the slag and the geometry and immersion depth of the electrodes on the progression of the temperature and Fe-Ni melting profiles was determined with respect to time. Furthermore, the most intense stirring effect (among electromagnetic stirring, stirring due to buoyancy and stirring due to carbon monoxide bubbles) was identified as that due to the buoyancy. Finally, a first approach towards the determination of the slag’s electrical conductivity was attempted using the 3D computational model in steady state conditions associated with electrical potential and current measurements taken from industrial installations.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.advisorName	Boudouvis, Andreas	en
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	81 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true