Ρευστοδυναμική προσομοιώση ηλεκτρικής καμίνου εμβαπτισμένου τόξου - Καραλής, Κωνσταντίνος Θ. (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών)
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.