Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

SPC jako narzędzie do poprawy efektywności procesu wytopu żelazokrzemu

Machulec B., Bialik W., Mańka R.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 3

110--117

PL

Statystyczne sterowanie procesem (SPC) znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, ale w przemyśle żelazostopowym nie jest powszechnie stosowane. Proponuje się zastosowanie procedur SPC jako narzędzi do stabilizacji parametrów procesu wytopu żelazokrzemu w piecach rezystancyjno-łukowych. Idea ta polega na ciągłej obserwacji parametrów procesu i porównywaniu z ustalonymi normami za pomocą kart kontrolnych. Jeżeli proces ma tendencję do wykraczania poza ustalone granice, zadaniem systemu SPC jest wykrywanie i sygnalizowanie nieprawidłowości. Konsekwentne stosowanie tych metod w połączeniu z istniejącym systemem kontroli i sterowania piecem rezystancyjno-łukowym powinno wpłynąć na ograniczenie przyczyn zaburzeń procesu, oraz wynikających stąd strat. Przedstawiono podstawy teoretyczne SPC, oraz sposób konstrukcji kart kontrolnychdo liczbowej oceny właściwości procesu.

EN

Statistical process control (SPC) is widely applied in the automotive industry, but in the ferroalloys industry is not widely used. It has been proposed to use SPC procedures as a tool to stabilize the parameters of the ferrosilicon submerged arc furnaces. This idea is based on the continuous monitoring of process parameters and comparing with the set of standards by using control charts. If the process tends to exceed the established boundaries, the task of SPC system is to detect and signal the irregularities. The consistent application of these principles in conjunction with the existing system of monitoring and control of the submerged arc furnace should result in reducing the causes of disturbance of the process, and resulting therefrom losses. It has been presented the theoretical basis of the SPC and construction of control cards for the numerical assessment of the process.

2

Machulec B., Gil A., Bialik W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 4

2343--2347

EN

In order to determine reasons of unsatisfactory production output regarding one of the 12 MVA furnaces, a comparative analysis with a furnace of higher power that showed a markedly better production output was performed. For comparison of ferrosilicon furnaces with different geometrical parameters and transformer powers, the theory of physical similarity was applied. Geometrical, electrical and thermal parameters of the reaction zones are included in the comparative analysis. For furnaces with different geometrical parameters, it is important to ensure the same temperature conditions of the reaction zones. Due to diverse mechanisms of heat generation, different criteria for determination of thermal and electrical similarity for the upper and lower reaction zones were assumed contrary to other publications. The parameter c3 (Westly) was assumed the similarity criterion for the upper furnace zones where heat is generated as a result of resistive heating while the parameter J1 (Jaccard) was assumed the similarity criterion for the lower furnace zones where heat is generated due to arc radiation.

3

Charakterystyki prądowe stref reakcyjnych pieców żelazokrzemowych rezystancyjno-łukowych o zróżnicowanych parametrach geometrycznych

Machulec B.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 3

112--118

PL

Szeroko stosowane w praktyce stałe podobieństwa Andre’a i Struńskiego-Westly (k, c3) nie uwzględniają istotnych różnic w wydzielaniu ciepła w dolnych i górnych strefach reakcyjnych pieca żelazokrzemowego. Pokazano, że parametr c3 można traktować, jako stałą podobieństwa cieplnego i elektrycznego jedynie dla stref reakcyjnych, w których ciepło wydziela się w wyniku nagrzewania rezystancyjnego. Parametr ten nie nadaje się do oceny warunków cieplnych w komorach gazowych łuku, w których ciepło wydziela się radiacyjnie w wyniku promieniowania łuku. Do oceny właściwości cieplnych komór gazowych zaproponowano parametr J1 Jaccarda, który do tej pory nie znajduje szerokiego zastosowania w teorii i praktyce procesu wytopu żelazokrzemu. Pokazano, że parametr c3 jest użyteczny przy określaniu charakterystyk prądowych stref reakcyjnych w których ciepło wydziela w wyniku nagrzewania rezystancyjnego. Parametr Jaccarda J1 jest natomiast przydatny przy określaniu charakterystyk prądowych stref reakcyjnych, w których ciepło wydziela się radiacyjnie w wyniku promieniowania łuku. Jest to wbrew poglądom Jaccarda, który całkowicie kwestionuje przydatność parametru c3 Westly przy doborze parametrów elektrycznych pieców żelazokrzemowych.

EN

Widely used in practice the criteria of similarity Andrea and Struński-Westly (k, c3) does not take into account significant differences in the release of heat in the lower and upper reaction zones of the ferrosilicon furnace. It has been shown that c3 parameter can be considered as a similarity criterion of electrical and thermal conditions only for the reaction zones in which heat is generated by resistive heating. This parameter is not suitable for evaluation of the thermal conditions in the arc gas chambers, in which heat is generated by radiation of arc. As a similarity criterion for the arc gas chambers has been proposed Jaccard J1 parameter, which so far is not in wide use in theory and practise of the ferrosilicon smelting. It has been shown that c3 parameter is useful for determining current characteristics of the reaction zones in which heat is generated by resistance heating. By contrast, when determining current characteristics of the reaction zones in which heat is generated by radiation of arc Jaccard J1 parameter is useful . This is contrary to the views of Jaccard, who completely dispute the usefulness of Westly c3 parameter in the selection of electric parameters for the ferrosilicon furnaces.

4

Comparison the Physico-Chemical Model of Ferrosilicon Smelting Process with Results Observations of the Process under the Industrial Conditions

Machulec B., Bialik W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

265--270

EN

Based on the minimum Gibbs Free Enthalpy algorithm (FEM), model of the ferrosilicon smelting process has been presented. It is a system of two closed isothermal reactors: an upper one with a lower temperature T1, and a lower one with a higher temperature T2. Between the reactors and the environment as well as between the reactors inside the system, a periodical exchange of mass occurs at the moments when the equilibrium state is reached. The condensed products of chemical reactions move from the top to the bottom, and the gas phase components move in the opposite direction. It can be assumed that in the model, the Reactor 1 corresponds to the charge zone of submerged arc furnace where heat is released as a result of resistive heating, and the Reactor 2 corresponds to the zones of the furnace where heat is produced by electric arc. Using the model, a series of calculations was performed for the Fe-Si-O-C system and was determined the influence of temperatures T1, T2 on the process. The calculation results show a good agreement model with the real ferrosilicon process. It allows for the determination of the effects of temperature conditions in charge zones and arc zones of the ferrosilicon furnace on the carbothermic silica reduction process. This allows for an explanation of many characteristic states in the ferrosilicon smelting process.

5

Model stref reakcyjnych w piecu żelazokrzemowym rezystancyjno-łukowym

Machulec B.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2015

|

Vol. 82, nr 12

751--755

PL

Bazując na algorytmie minimalizacji Gibbsa przedstawiono model fizykochemiczny procesu wytopu żelazokrzemu. Modelem procesu jest układ dwóch reaktorów izotermicznych: górnego o temperaturze niższej T1, oraz dolnego o temperaturze wyższej T2 . Pomiędzy reaktorami i otoczeniem, oraz pomiędzy reaktorami wewnątrz układu zachodzi cyklicznie wymiana masy w chwilach, gdy w reaktorach osiągnięty jest stan równowagi. Skondensowane produkty reakcji przechodzą z góry w dół, a składniki fazy gazowej w kierunku przeciwnym. Można założyć, że reaktor 1 odpowiada strefom pieca rezystancyjno-łukowego w których ciepło wydziela się na zasadzie nagrzewania rezystancyjnego, a strefa 2 odpowiada strefom łuku, w których ciepło wydziela się na zasadzie nagrzewania łukowego. Wykorzystując pakiet do obliczeń termochemicznych HSC 7.1 przeprowadzono serię obliczeń symulacyjnych dla układu Fe-Si-O-C oraz określono wpływ temperatury T1, T2 na efektywność procesu redukcji krzemionki węglem.

EN

Based on the minimum Gibbs Free Enthalpy algorithm, model of the ferrosilicon smelting process has been presented. It is a system of two closed isothermal reactors: an upper one with a lower temperature T1, and a lower one with a higher temperature T2. Between the reactors and the environment as well as between the reactors inside the system, a periodical exchange of mass occurs at the moments when the equilibrium state is reached. The condensed products of chemical reactions move from the top to the bottom, and the gas phase components move in the opposite direction. It can be assumed that in the model, the Reactor 1 corresponds to the charge zone of submerged arc furnace where heat is released as a result of resistive heating, and the Reactor 2 corresponds to the zones of the furnace where heat is produced by electric arc. Using the model, a series of calculations was performed for the Fe-Si-O-C system and was determined the influence of temperatures T1, T2 on the efficiency of the carbothermic silica reduction process.

6

Wpływ zanieczyszczeń surowców na proces technologiczny wytopu żelazokrzemu

Machulec B., Bialik W.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2013

|

Vol. 80, nr 6

411--414

PL

Bazując na algorytmie minimalizacji Gibbsa (FEM) oraz modelu fizykochemicznym, przedstawiono wyniki obliczeń teoretycznych dotyczących wpływu składu chemicznego surowców na proces elektrotermiczny wytopu żelazokrzemu. W obliczeniach wykorzystano możliwości, jakie stwarza włączenie do najnowszej wersji pakietu do obliczeń termochemicznych HSC 6.1 dodatku umożliwiającego korzystanie z bazy danych termochemicznych i rozwiązywanie zagadnienia FEM bezpośrednio na arkuszu kalkulacyjnym Excel. Jako model procesu elektrotermicznego wytopu żelazokrzemu w piecu rezystancyjno-łukowym wykorzystano układ złożony z dwóch reaktorów izotermicznych: górnego o temperaturze niższej T1 i dolnego o temperaturze wyższej T2 . Pomiędzy reaktorami i otoczeniem oraz pomiędzy reaktorami wewnątrz układu, zachodzi cyklicznie wymiana masy w chwilach gdy w reaktorach osiągnięty jest stan równowagi.

EN

Based on the Minimum Gibbs Free Enthalpy algorithm (FEM) and model of the reaction zones located around electrode tips in the submerged arc furnace, analysis of the raw materials chemical composition influence on the ferrosilicon smelting process was carried out. In the calculations new opportunities created by the HSC 6.1 software package which enables the use of a thermochemical database and equilibrium calculations directly in the Excel spreadsheet have been utilized. As a model of the ferrosilicon process in the submerged arc furnace is a system of two closed isothermal reactors: an upper one with a lower temperature T1 , and a lower one with a higher temperature T2 . Between the reactors and the environment as well as between the reactors inside the system, a periodical exchange of mass occurs at the moments when the equilibrium state is reached.

7

Wpływ warunków temperaturowych na proces wytopu żelazokrzemu w piecu rezystancyjno-łukowym

Machulec B., Kasprzyk H.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2011

|

Vol. 78, nr 7

529--534

PL

Przedstawiono model symulujący proces wytopu żelazokrzemu w piecu rezystancyjno-łukowym w postaci układu dwóch zamkniętych reaktorów izotermicznych : górnego o temperaturze niższej T1, oraz dolnego o temperaturze wyższej T2, pomiędzy którymi zachodzi cyklicznie wymiana masy. W obliczeniach wykorzystano niestechiometryczny algorytm obliczeniowy minimalizacji Gibbsa oraz nowe możliwości, jakie stwarza włączenie do wersji pakietu HSC 6.1 dodatku zawierającego funkcje umożliwiające korzystanie z bazy danych termochemicznych oraz rozwiązywanie zagadnienia minimalizacji Gibbsa bezpośrednio na arkuszu kalkulacyjnym MsExcel. Przedstawiono zależności pomiędzy warunkami temperaturowymi procesu, a wymianą masy i rozkładem ciepła w układzie reakcyjnym oraz określono na podstawie modelu teoretyczne wskaźniki techniczno-ekonomiczne procesu.

EN

It has been presented a model that simulates the process of the ferrosilicon smelting proces in submerged arc furnace. The model is a system of two closed isothermal reactors: the upper one with lower temperature T1, and the lower one with the higher temperature T2 among which there is exchange of mass cyclically. In calculations has been used algorithm of the Gibbs Minimization Method and the new opportunities created by the HSC 6.1 software package. The HSC 6.1 include additive functions that enable to use of thermochemical database and equilibrium calculations directly on the MsExcel spreadsheet. It has been made balance of heat and mass transfer of the process and it has been presented relations between process temperature conditions, and exchange of mass in the reaction system and on the base of model it has been identified theoretically technical and economic indices of the process.

8

Model numeryczny nowej koncepcji kołpaka pieca do wytopu żelazokrzemu

Mocek P.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2011

|

Vol. 78, nr 11

940--944

PL

Artykuł przedstawia model oraz wyniki obliczeń numerycznych zagadnienia przepływu ciepła i masy w kołpaku pieca rezystancyjno- łukowego o mocy 12 MVA do wytopu żelazokrzemu. Rezultaty obliczeń zostały uzyskane z wykorzystaniem pakietu numerycznej mechaniki płynów ANSYS FLUENT. Model uwzględnia konwersję entalpii chemicznej i fizycznej w ciepło gazów będących produktem ubocznym w procesie elektrotermicznym wytopu żelazokrzemu. Przedstawiono wyniki obliczeń rozkładu temperatur, przepływów i stężeń tlenku węgla w gazach wewnątrz kołpaka. Uwzględniając podstawowe parametry geometryczne kołpaka przeprowadzono obliczenia dla kilku wartości współczynnika nadmiaru powietrza. Wielkość strumienia powietrza doprowadzana pod kołpak determinuje odzysk energii z powstających w procesie produkcyjnym gazów.

EN

The article presents the results of numerical computations of heat and mass transfer in a cap of the 12 MVA ferro-silicon furnace. Results of the calculations were obtained using CFD package ANSYS Fluent. The model includes gas phase chemical and physical enthalpy conversion and it’s utilization into heat of gases that are side effect of the melting FeSi process. The results of calculations of gas flow, temperature and CO concentration inside furnace cap were presented. Taking into account the basic geometric parameters were performed calculations for several values of the excess air ratio. Air stream entering into the cap determines the energy recovery from process gases.

9

Badania statystyczne wpływu wybranych parametrów elektrycznych pieca rezystancyjno-łukowego na jednostkowy wskaźnik zużycia energii w procesie wytopu żelazokrzemu

Trederowski T., Kopeć G., Machulec B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2010

|

T. 62, nr 3

30-33

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań statystycznych obejmujących 10-letni okres czasu pracy pieca żelazokrzemowego o mocy 20 MVA. Przedstawiono zależności pomiędzy wybranymi parametrami elektrycznymi, a jednostkowym wskaźnikiem zużycia energii. Badania obejmują okres pracy pieca w którym począwszy od 2000 roku zdołano radykalnie poprawić wskaźniki techniczno-ekonomiczne.

EN

This article presents the results of 10 years of statistical research of 20 MVA ferrosilicon furnace run time. There are shown dependencies between selected electrical parameters and specific energy consumption ratio. The studies include the period of furnace run time since 2000 when the technical- economical indicators were successfully improved.

10

Teoretyczne podstawy procesu elektrotermicznego wytopu żelazokrzemu oraz krzemu technicznie czystego

Machulec B.

Zeszyty Naukowe. Hutnictwo / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 68

7-134

PL

Procesy wytopu żelazokrzemu oraz krzemu technicznie czystego prowadzone są w piecach elektrycznych rezystancyjno-łukowych i należą do najbardziej energochłonnych procesów elektrotermicznych. Długoletnia teoria i praktyka eksploatacji urządzeń elektrotermicznych przywiązywała mało uwagi do wnikania w skomplikowaną naturę zależności pomiędzy procesami elektrycznymi i fizykochemicznymi. Niniejsza praca jest usystematyzowaniem oraz uogólnieniem wyników badań dotyczących teorii procesu wytopu żelazokrzemu zamieszczonych w publikacjach, a także własnych wyników badań i obserwacji przemysłowych zebranych w trakcie wieloletniej współpracy z Hutą Łaziska. Przyjmuje się, że w procesie wytopu żelazokrzemu piec elektryczny rezystancyjno-łukowy jest nie tylko odbiornikiem energii elektrycznej o dużej mocy, ale przede wszystkim jest reaktorem chemicznym, w którym podobnie jak w innych reaktorach chemicznych decydujący wpływ na warunki fizykochemiczne mają warunki temperaturowe oraz skład mieszanki reakcyjnej. Rozkład temperatur w strefach reakcyjnych ma ścisły związek z właściwościami pól elektrycznych i temperaturowych w przestrzeni roboczej pieca, a parametry elektryczne i fizykochemiczne wzajemnie się przenikają i nie mogą być rozpatrywane w oderwaniu od siebie. Bazując na niestechiometrycznym algorytmie minimalizacji entalpii swobodnej Gibbsa, przedstawiono model fizykochemiczny zlokalizowanych wokół elektrod stref reakcyjnych w postaci zamkniętego układu złożonego z dwóch stref izotermicznych. Strefa o niższej temperaturze (T1) odpowiada strefie wsadu tworzącego sklepienia oraz ścianki komór gazowych łuku. W strefie tej ciepło wydziela się bezpośrednio na rezystancji wsadu w wyniku przepływu prądu i zużywane jest głównie w procesie topienia się krzemionki. Strefa o wyższej temperaturze (T2) odpowiada wnętrzu komór gazowych, w których ciepło wydziela się za pośrednictwem łuku elektrycznego. Wysoka temperatura oraz wydzielane tam ciepło sprawiają, że topi się węglik krzemu, a także występują warunki termodynamiczne dla przebiegu silnie endotermicznej reakcji pomiędzy SiO2 oraz SiC. Przedstawiony model różni się w sposób istotny od modelu stechiometrycznego redukcji węglem Scheia oraz modelu Erikssona i Johansona bazującego na metodzie minimalizacji Gibbsa. W odróżnieniu od modelu stechiometrycznego w zaprezentowanym modelu nie określa się reakcji chemicznych opisujących proces, a jedynie składniki oraz fazy, jakie występują w warunkach równowagi. W odróżnieniu od modelu Erikssona i Johansona, złożonego z większej liczby stref, przedstawiony model jest prostszy i nie wymaga przyjmowania w sposób subiektywny współczynników określających przepływ masy i energii pomiędzy strefami. Model posiada ścisły związek z mechanizmem wydzielania ciepła w piecu i ułatwia zrozumienie wzajemnych zależności pomiędzy procesami fizykochemicznymi i elektrycznymi. Umożliwia symulację procesu elektrotermicznego wytopu żelazokrzemu i teoretyczną interpretację różnych jego stanów. Uzyskane wyniki obliczeń teoretycznych poddano weryfikacji, porównując zdanymi przemysłowymi.

EN

The ferrosilicon and silicon metal melting process operated in submerged-arc furnaces are numbered among the most energy-consuming electrothermal processes. Historical, theory and practice of electrothermal installations operating had not penetrated too deep into complicated nature of interdependence between electrical and physicochemical processes. Presented thesis are the test of generalization and order in of theory ferrosilicon melting process finding in publications as well as own researches and industrial observations those had been collected during many years of cooperation with Łaziska Ferroalloys Work. It has been assumed that the submerged resistance-arc furnace for the ferrosilicon melting process is only a big electric energy receiver, but above all it is the chemical reactor in which the temperature conditions and reaction determine the physicochemical processes. The temperature distribution in reaction zone has exact connection with temperature and electric fields characteristics in a furnace working space as well as electrical and physicochemical parameters are mutually penetrate and cannot be separately considered. Based on non-stoichiometric algorithm of the Gibbs free energy minimization method it has been presented physicochemical model of reaction zones located around electrodes tips in the form of the closed system with two isothermal segment with lower temperature (T1) is correspond to the charge zone which form ceiling and walls of arc-gas chambers. In this zone heat is produced directly on the charge resistance as the result of current flow and it is used for the silica melting. The segment with higher temperature (T2) is correspond to inside gas chamber in witch the heat is produced by electric arc. The high temperatures and the heat that is produced there make possible to SiC melting and create thermodynamic conditions for the strongly endothermic reaction between SiO2 and SiC. Presented model is fundamentally differing from Shei's stoichiometric model of silica reduction by carbon as well as Eriksson's and Johanson's model based on Gibbs minimization method. Distinct from stoichiometric model in presented model is not defining chemical reactions which describe the process but only components and phases which appear in equilibrium conditions. Distinct from Eriksson's and Johanson's model which consist with many number of segments, presented model is simpler and don't require assuming by subjective way coefficients which determine mass and energy flows between segments. Model has close connection with the mechanism of heat production in furnace and make easier to understand mutual relationship between electrical physicochemical processes. The model make possible the ferrosilicon metal process simulation and theoretical interpretation its different conditions. Theoretical calculation results have been verified by comparison with industrial data.

11

Pole elektryczne i temperaturowe stref reakcyjnych w przestrzeni roboczej pieca rezystancyjno-łukowego wytapiającego żelazokrzem

Machulec B., Kurek K.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2003

|

Vol. 70, nr 1

9--13

PL

Przedstawiono model termoelektryczny nagrzewania wsadu w piecu rezystancyjno-łukowym wytapiającym żelazokrzem. Przyjmując uproszczenia zakłada się, że bezźródłowe pole elektryczne prądu stałego (DC) jest sprzężone z polem temperaturowym. Przedstawiono wpływ położenia elektrod, kształtu powierzchni wsadu w piecu oraz rezystywności elektrycznej mieszanki wsadowej na rozkład temperatur oraz gęstość prądu w przestrzeni roboczej pieca. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych korzystając z pakietu FLUX2D do obliczeń sprzężonych pól elektrycznych i temperaturowych.

EN

Proper temperature distribution in the resistance-arc furnace has fundamental significance for the ferrosilicon process and it is necessary for correct course of physico-chemical processes in reaction zones. Thermo-electric model of the charge heating in the resistance-arc ferrosilicon furnace with assumption that non-source electric DC field and temperature field are coupled. Calculation results with using ofFLUX2D software for 2D finite elements method it have been presented. Temperature and current density distribution in the furnace, as well as influence of electrode position, form of charge surface, and electrical resistivity on electrical and temperature fields in the furnace have been shown.