Наукові основи побудови та застосування загальної математичної моделі термодинаміки металургійних розплавів - Автореферат

Гострий дефіцит природного газу, нафти, електроенергії та інших ресурсів, а також специфічні особливості паливно-сировинної бази металургії України, такі як високий вміст сірки в камяному вугіллі Донбасу, підвищена концентрація фосфору в залізній руді Керченського родовища та інші створили в зазначених галузях ряд складних проблем, які посилюються необхідністю підвищення конкурентоздатності готової продукції шляхом зниження її собівартості та підвищення якості металу, у тому числі і за рахунок зменшення в ньому вмісту шкідливих домішок. термодинаміка металургійний розплав Таку можливість покликана надавати термодинаміка металургійних розплавів, головною метою якої є визначення інтегральних і парціальних властивостей рідких металів і шлаків при заданих їх температурах і хімічних складах за допомогою відповідної сукупності співвідношень і правил, що являють собою математичну модель термодинаміки розплаву. Отже, побудова загальної математичної моделі, за допомогою якої можна визначати всі термодинамічні властивості багатокомпонентного металургійного розплаву будь-якої складності при будь-яких можливих значеннях температури і концентрацій домішок, є актуальною науковою проблемою теорії і практики металургійного та ливарного виробництва. дати наукове обгрунтування і розробити методи практичного використання загальної моделі, зокрема, для розрахунку розчинності неметалів у багатокомпонентних розплавах заліза та розподілу їх між металом і шлаком за будь-яких реальних умов; для розрахунку термодинамічних характеристик металургійних реакцій з використанням ЕОМ; для визначення оптимальних технологічних і теплотехнічних параметрів плавки чавуну у вагранці й в індукційній тигельній печі, виплавки сталі у сучасних сталеплавильних агрегатах тощо. Наукове значення роботи полягає у розробці наукових основ побудови та практичного застосування загальної математичної моделі термодинаміки багатокомпонентних металургійних розплавів, яка у вигляді конкретних її форм може бути застосована при розрахунках теплових ефектів фізико-хімічних процесів за участю багатокомпонентних металевих і шлакових розплавів; при визначенні можливості, напрямку та межі протікання металургійних процесів; при розрахунках розчинності окремих компонентів в металах і шлаках та розподілу їх між цими фазами, енергії Гібса і константи рівноваги металургійних процесів, технологічних і теплотехнічних параметрів процесів, що протікають в агрегатах металургійного та ливарного виробництва.При використанні запропонованої в роботі класифікації математичних моделей технічних обєктів дослідження проведено аналіз існуючих математичних моделей термодинаміки металургійних розплавів. За наслідками аналізу полінома Вагнера висунуто і обгрунтовано важливе наукове положення про принципову можливість його використання в межах всіх можливих станів розплаву. Це положення усуває протиріччя між розумінням і застосуванням методу Вагнера і є науковою основою для більш широкого його використання в термодинаміці багатокомпонентних металевих розплавів. В дисертації відома картина мікронеоднорідної сиботаксичної будови рідини з перманентно існуючими мікроугрупованнями різного типу доповнена положенням про можливість одночасного існування у розплаві при будь-якому його хімічному складі різних мікроугруповань, відповідних усім упорядкуванням, які зустрічаються в даній системі. Перехід від вербальної моделі до математичної здійснено за допомогою запропонованого методу квазімолекул, сутність якого полягає в тому, що зміна термодинамічних та інших властивостей системи при утворенні в ній, наприклад, кристалічної сполуки АВТ із чистих твердих речовин Ат і Вт, у відповідності із звичним зображенням хімічного перетворення у вигляді рівняння хімічної реакції у нашому прикладіВисунуто концепцію розгляду термодинамічної системи "металургійний розплав" як обєкта математичного моделювання і уведено поняття про математичні моделі термодинаміки металургійних розплавів як про сукупності математичних співвідношень, що установлюють кількісний взаємозвязок між вхідними (температура, тиск, концентрації компонентів) і вихідними (функції стану) термодинамічними параметрами розплаву. За першою ознакою математичні моделі термодинаміки розплавів розподілені на теоретичні, змішані та статистичні, за другою вони завжди є детермінованими і статичними, за третьою ці моделі є нелінійними і можуть бути складними та спрощеними. На підставі аналізу існуючих математичних моделей термодинаміки металургійних розплавів установлено, що теоретичною є модель досконалого розчину; до змішаних відносяться моделі розчинів нескінченно розбавленого, регулярного, субрегулярного і квазірегулярного, а також моделі, що відповідають квазіхімічній, ускладненій квазіхімічній та квазікристалічній теоріям розчинів; статистичними є моделі Маргулєса, Гугенгейма, Вагнера, Меня та інші. При використанні сучасних уявлень про мікронеоднорідну сиботаксичну структуру розплавів сформульовано і обгрунтовано положення про одночасну присутн

Основний зміст роботи