中間包感應(yīng)加熱溫度場及流場數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷地提高，對工業(yè)生產(chǎn)的要求越來越高，特別是在能源、效率和產(chǎn)品的質(zhì)量方面。能源消耗方面，開發(fā)和應(yīng)用清潔能源已成為學(xué)者們追求的目標(biāo)了。鋼鐵行業(yè)作為污染環(huán)境的大戶，清潔能源顯得特別重要。在鋼鐵生產(chǎn)中，與傳統(tǒng)的加熱技術(shù)相比，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)有很多優(yōu)勢：如能源消耗少、污染少、加熱效率特別高等。目前鋼鐵生產(chǎn)中主要有電磁攪拌、電磁制動、電磁感應(yīng)加熱等技術(shù)。本文主要研究中間包感應(yīng)加熱下的溫度補(bǔ)償效果和中間包流場合理分布。在設(shè)計(jì)和制造方

2、面，中間包和感應(yīng)加熱設(shè)備存在效率和嚴(yán)重的缺陷等問題，本文利用ANSYS和FLUENT有限元模擬軟件對中間包的通道式感應(yīng)加熱和流場的過程進(jìn)行模擬計(jì)算。
　　應(yīng)用ANSYS有限元軟件對雙通道中間包進(jìn)行感應(yīng)加熱模擬，對比分析得到在頻率為200Hz、電流強(qiáng)度為15000A、出口流速為0.8m/min時(shí)加熱效率最快為8.2℃/min。對比不同參數(shù)：頻率、電流強(qiáng)度和出口流速等因素對感應(yīng)加熱效果的影響，分析模擬的結(jié)果，得到出口流速越小，頻率和電

3、流強(qiáng)度增大，中間包內(nèi)鋼液加熱速率都會增大。通過模擬計(jì)算出口流速為1.0m/min的中間包感應(yīng)加熱器的頻率為2000Hz、電流強(qiáng)度為1000A，計(jì)算得到加熱功率為920KW，其有效補(bǔ)償升高溫度為38.6℃，即鋼水的升溫速度為3.86℃/min。此升溫速度間接驗(yàn)證了與日本新日鐵八幡廠的加熱功率為1000KW、包內(nèi)雙通道加熱方式的中間包的升溫速度基本相近，為中間包感應(yīng)加熱提供理論依據(jù)。
　　運(yùn)用FLUENT軟件對中間包的流場進(jìn)行精確的模

4、擬。通過對比無控流裝置、多通道擋墻中間包內(nèi)流場分布圖，分析得到四通道的模型三中間包的中間區(qū)域和靠近中間包壁面附近區(qū)域鋼液矢量點(diǎn)密度較其他四種模型要高，死區(qū)的體積分?jǐn)?shù)相對較小。中間包內(nèi)鋼液的最大速度適中，有利于夾雜物的上浮和去除，流場分布更為合理。對設(shè)有不同數(shù)目通道擋墻的中間包模型的總體RTD曲線分析得到各種模型的最小響應(yīng)時(shí)間和示蹤劑濃度達(dá)到峰值時(shí)間，從而計(jì)算得到總體的平均停留時(shí)間和總體死區(qū)體積分?jǐn)?shù)。擋墻的通道數(shù)量越多，示蹤劑濃度達(dá)到峰值