傾動(dòng)式鋁液保溫靜置爐內(nèi)多場耦合仿真與優(yōu)化研究.pdf

1、傾動(dòng)式鋁液保溫靜置爐（下文中簡稱鋁液保溫爐）內(nèi)的溫度場均勻與否是決定鋁扁錠鑄造質(zhì)量好壞和生產(chǎn)效率高低的關(guān)鍵，均勻的溫度場和合理的熱工制度能有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率并降低能耗。全面解析爐內(nèi)溫度場有助于掌握保溫爐的運(yùn)行狀況和延長爐窯的使用壽命，對設(shè)計(jì)和改造爐窯設(shè)備、優(yōu)化工藝參數(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 本文以橫向課題“生產(chǎn)鋁合金扁錠用50t保溫爐仿真與優(yōu)化研究”為依托，以中國鋁業(yè)青海分公司10＃保溫爐為研究對象，對保溫爐燃燒空間和

2、鋁液層內(nèi)的流場及溫度場進(jìn)行了數(shù)值仿真與優(yōu)化。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1)以大型商業(yè)軟件FLUENT為平臺(tái)，結(jié)合自定義程序建立了保溫爐的計(jì)算模型；實(shí)現(xiàn)了保溫爐內(nèi)燃燒、流固傳熱的耦合模擬以及氣體攪拌過程模擬，并得到燃燒空間及鋁液的流場和溫度場。
　　 2)深入分析了保溫爐仿真計(jì)算結(jié)果，得到了爐內(nèi)的溫度分布特征。保溫靜置期最高燃燒溫度為1850K，鋁液平均溫度為1158K，鋁液層中的平面最大溫差約

3、為250K。氣體攪拌作用下整體鋁液區(qū)域溫差一般小于3K，而高溫區(qū)僅占很小區(qū)域。本文以實(shí)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，數(shù)值計(jì)算所得燃?xì)饪臻g的溫度計(jì)算平均誤差為7％，鋁液空間的溫度計(jì)算平均誤差為12.5％。
　　 3)深入研究了各個(gè)工藝參數(shù)對最高燃燒溫度和鋁液平均溫度的影響規(guī)律，結(jié)果表明：助燃空氣溫度每增加50℃，鋁液平均溫度升高15℃；通過天然氣控制的鋁液溫升率為7℃/(Nm3·h-1)；此爐的最佳過?？諝庀禂?shù)在1.25～1.30之間；隨著保溫爐

4、透氣流量的增加，鋁液攪拌效果增強(qiáng)，鋁液整體溫度變得更為均勻。
　　 4)對保溫爐現(xiàn)有的熱工制度進(jìn)行了優(yōu)化研究，獲得了該保溫爐最佳工藝制度，結(jié)果顯示：燃燒器點(diǎn)火40分鐘溫升率為1.65℃.min-1，燃燒器關(guān)閉30分鐘和爐門打開10分鐘的溫降率分別為0.53℃.min-1和3.3℃.min-1。從熱工制度優(yōu)化角度，保溫爐采用間歇式的大火加熱方式比連續(xù)式的慢火加熱效果要好；采用較高的助燃空氣溫度的和較大的空氣過剩系數(shù)是比較合理和經(jīng)濟(jì)