Аннотация
В настоящее время отсутствует системный подход в исследовании свойств и поведения металлургических расплавов – жидких шлаков, металлов и их сплавов. Постоянное изменение сырьевой базы, использование наряду с традиционными и устоявшимися (доменная печь) динамично развивающихся современных агрегатов (электродуговая печь), появление и использование новых способов воздействия на расплав (электромагнитное поле, электромагнитное удержание металла) приводят к существенному снижению достоверности привычных, наработанных годами методик по повышению эффективности работы металлургического оборудования. Бурное развитие информационных технологий и вычислительной техники дает возможность получить новые знания в области всестороннего исследования свойств металлургических расплавов и их поведения в конкретных условиях при заданных внешних воздействиях. Научный интерес для авторов представляют собой процессы, происходящие в реальных металлургических расплавах. Использование высокопроизводительных вычислительных кластеров при моделировании структуры расплава методом молекулярной динамики позволяет не просто получать новейшие знания о физико-химических и механических свойствах, но и проводить исследование сложных многокомпонентных систем, включающих атомы переходных элементов, синергию которых в расплаве не позволяют учитывать другие методы. Плавка во взвешенном состоянии (ПВС) в электромагнитном поле, имеет явное преимущество, состоящее в отсутствии контакта жидкого металла с огнеупорной футеровкой, исключает загрязнение металла, например, кислородом. Это особенно важно для плавки тугоплавких и высокореакционных металлов. ПВС является прогрессивным универсальным методом для проведения высокотемпературных физико-химических исследований, необходимых для совершенствования металлургических процессов, а также средством для получения металлов и сплавов, необходимых для ряда областей современной техники. В статье рассмотрены проблемы, стоящие перед металлургами-теоретиками при изучении высокотемпературных расплавов и приведены наиболее подходящие методы решения данных проблем с акцентом на использование современных средств вычислительной техники.
Ключевые слова
Информационная система, компьютерное моделирование, распараллеливание вычислений, эвристический алгоритм, оперативное управление, молекулярно-динамическое моделирование, доменные шлаки, металлургические расплавы, напряженность магнитного поля, электромагнитное взаимодействие, оптимальное управление.
1. Мажукин, В.И. Молекулярно-динамическое моделирование процессов нагрева и плавления металлов. Часть II. Вычислительный эксперимент / В.И. Мажукин, А.В. Шапранов // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. – 2012. – №32. – С. 1-25.
2. Юрьев, А.А. Ab initio молекулярно-динамическое исследование структурных характеристик жидких висмута и свинца / А.А. Юрьев, Г.Д. Шакирова, Б.Р. Гельчинский // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов : труды XIV Российской конференции. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2015. – С. 25-26.
3. Рудяк, В.Я. Методы моделирования микро– и нанотечений / В.Я. Рудяк // Труды Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин). – 2014. – Т.17. – №1. – С. 77-100.
4. Рыков, А.С. Методы разработки математических моделей при неопределённости / А.С. Рыков, М.Е. Протопопова // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве : труды VI Всерос. науч. конф. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2007. – С. 372-374.
5. Разработка и применение методов и алгоритмов для создания автоматизированной системы анализа и прогнозирования производственных ситуаций доменного цеха / В.В. Лавров [и др.] // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве : труды IX Всерос. науч.-практ. конф. под ред. С.М. Кулакова, Л.П. Мышляева. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2013. – С. 41-46.
6. Математическое моделирование электромагнитного перемешивания жидкой стали в дуговой печи постоянного тока / С.А. Смирнов [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2010. – Т. 48. – №1. – С. 74-83.
7. Экспериментальное исследование развития теплообмена по длине трубы при течении жидкого металла в поперечном магнитном поле в условиях однородного обогрева / Л.Г. Генин [и др.] // Теплоэнергетика. – 2007. – №3. – С. 52-59.
8. Zhilin, V.G. The problem of swirling of axisymmetric electrovortex flows / V.G. Zhilin, Yu.P. Ivochkin, I.O. Teplyakov // High Temperature. – 2011. – V. 49. – №6. – Pp. 926-929.
9. Kazak, O.V. Electrovortex motion of a melt in DC furnaces with a bottom electrode / O.V. Kazak, A.N. Semko // Journal of Engeneering Physics and Thermophysics. –2011. – V. 84. – №1 – Pp. 223-231.
10. Малиновский, В.С. Организация процесса плавки стали в универсальных дуговых печах постоянного тока нового поколения / В.С. Малиновский // Металлургия машиностроения. – 2010. – № 1. – С. 5-14.
11. Математическое моделирование электромагнитного перемешивания жидкой стали в дуговой печи постоянного тока / С.А. Смирнов [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2010. – Т. 48. – № 1. – С. 74-83.
12. Yachikov, I.M. Electromagnetic Forces on the Arc in a Three Phase Arc Furnace / I.M. Yachikov, E.M. Kostyleva // Steel in Translation. – 2015. – V. 45. – №7. – Pp. 467-472.
13. Фогель, А.А. Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии /А.А. Фогель. – Л.: Машиностроение, 1979. – 104 с.
14. Simulation of multi-component blast-furnace slags / D.K. Belashchenko [and etc.] // Steel in translation. – 2004. – V. 34. – №9. – Pp. 13-17.
15. Колокольцев, В.М. Моделирование температурных полей при получении отливок / В.М. Колокольцев, Е.В. Синицкий, А.С. Савинов // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2015. – № 3(1). – С. 39-43.
16. Ячиков, И.М. Моделирование поведения магнитного поля в ванне ДППТ при разных конструкциях токоподвода к подовому электроду / И.М. Ячиков, И.В. Портнова, З.Ю. Заляутдинов // Математическое обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. – 2012. – №2. – С. 183-190.
17. Ячиков, И.М. Характер электровихревого течения металла в ванне ДППТ при изменении положения катода / И.М. Ячиков, И.В. Портнова, О.А. Харченко // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2009. – №3. – С. 18-20.
18. О применимости непрерывного измерения химического состава материалов в потоке для совершенствования математических моделей в металлургической и горнодобывающей промышленности / А.Д. Соколов [и др.] // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. – 2011. – № 1-2. – С. 16-19.
Ячиков И.М., Кочержинская Ю.В. Компьютерное моделирование и комплексное изучение свойств и поведения высокотемпературных металлургических расплавов // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах. – 2015. – №2. – C. 2-8.