Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorEinarsrud, Kristian Etienne
dc.contributor.advisorTveit, Halvard
dc.contributor.advisorKolbeinsen, Leiv
dc.contributor.authorHajdini, Fatbardha
dc.date.accessioned2019-10-24T14:00:59Z
dc.date.available2019-10-24T14:00:59Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2624254
dc.description.abstractGrunstoffet silisium er av stor betydning for det moderne samfunn. Selv om silisium er det vanligtse grunnstoffet i jordskorpen etter oksygen, så finnes ikke silisium i sin elementære form i naturen. Silisium kan produseres i en nedsenket lysbueovn. Ovnen kan deles inn i to soner: en lavtemperatursone der råmaterialene, kull og kvarts er tilsatt og ligger over hulrommet rundt elektrodene, og en høytemperatursone som består av et hulrom, elektrode og smeltet silisiumbad. Silisiumprosessen forbruker store mengder elektrisk energi og genererer store mengder avfallsvarme; både fra avgassen og smeltet silisium som forlater ovnen ved forhøyede temperaturer. Målet med dette arbeidet er å bruke en åpen kildekodeplattform (OpenFOAM) for å lage et rammeverk for både lavtemperatursonen og høytemperatursonen i silisiumprosessen. Ved hjelp av dynamiske modeller av varme- og massestrømmene i ovnen, kan spillvarme bli bedre utnyttet, dermed kan det totale energiforbruket i prosessen reduseres. Målet med modellene er å beregne dynamiske temperatur- og konsentrasjonsprofiler som fanger effekten av varmeoverføring mellom gass og faststoff, samt varme og masseproduksjon og -forbruk på grunn av reaksjonene i ovnen. Virkningen av endring i karbonreaktivitet og karbonkonsentrasjon i lavtemperaturmodellen ble undersøkt. I høytemperaturmodellen ble virkningen av endring i SiC(s) konsentrasjon undersøkt, noe som resulterte i at modellen kunne fange noen endringer på grunn av endringene i disse parametrene. Modeller av lav- og høytemperatursonen fungerer, men må videreutvikles for å tilstrekkelig beskrive silisiumovnen i tilstrekkelig grad. Rammeverket klarte å beregne de ulike casene ganske fort, og viste at informasjon kan tas ut av hver delmodell. Dette kan i fremtiden brukes til å mate informasjon fra en delmodel til en annen og koble de to modellene dynamisk.
dc.description.abstractThe element silicon is of high importance for the modern human society. Although in high abundance, no silicon is in elementary form in the nature. Metallurgical grade silicon can be produced in a submerged arc furnace. The furnace can be divided into two zones: a low temperature zone where the raw materials, coal and quartz, are added and is located above the cavity around the electrodes, and a high temperature zone which consists of a cavity, electrode and molten silicon bath. The silicon process consumes large amounts of electrical energy and generates large amounts of waste heat; both from the off-gas and molten silicon leaving the furnace at elevated temperatures. The objective with this work is to use an open source platform (OpenFOAM) to make a framework of both the low temperature zone and the high temperature zone in silicon process. By using dynamic models that consider both heat and mass flows, the waste energy can be better utilized and subsequently reduce the total energy consumption of the process. The models aim at calculating dynamic temperature and concentration profiles capturing the effects of heat transfer between the gas and solid phase, and heat and mass production and consumption due to the reactions inside the furnace. The effect of change in carbon reactivity and carbon concentration in the low temperature model were investigated. In the high temperature model the effect of change in SiC(s) concentration was investigated, showing that the model could capture some changes due to the changes in these parameters. The models of the low and high temperature zone worked, however the framework need to be further developed in order to sufficiently describe the silicon arc furnace sufficiently. The framework managed to calculate the cases rather fast, and it is shown that information can be taken out of each sub-model and used used in the other in order to couple the two models dynamically in future work.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleDynamic Modelling of Heat and Mass Transfer in the Silicon Arc Furnace
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel