電磁攪拌作用下鋁熔煉爐內多物理場耦合分析及工藝參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、電磁攪拌技術是鋁合金熔煉工藝中所采用的一項先進技術,其特點是在熔煉爐生產(chǎn)中利用電磁攪拌器所產(chǎn)生的交變磁場對鋁液進行無接觸攪拌,使熔體內溫度與成分趨于均勻,從而達到提高產(chǎn)品質量、節(jié)省能耗的目的。系統(tǒng)地研究電磁攪拌過程中的鋁液內物理場的分布規(guī)律,有助于全面了解攪拌效果,并對生產(chǎn)工藝參數(shù)進行優(yōu)化,因而具有較強的應用價值。
　　 本文以企業(yè)委托課題“生產(chǎn)鋁合金扁錠用50t鋁熔煉爐仿真與優(yōu)化研究”為依托,針對50t鋁熔煉爐以及爐底電磁攪拌

2、器,采用ANSYS軟件建立三維有限元模型,依照電磁場理論、流動傳熱理論以及順序耦合方法,對鋁液內的磁場、流場以及溫度場進行了數(shù)值模擬并優(yōu)化了工藝參數(shù)。研究結果表明:
　　 電磁攪拌器在周圍空間產(chǎn)生交變磁場,其變化周期等于加載的交流電流周期。該磁場為行波磁場,基準工況下以1.44m/s的速度沿爐膛長軸方向向進鋁面勻速移動;電磁力場也呈現(xiàn)相似規(guī)律,其移動速度為前者的兩倍;在水平面內,磁感應強度與電磁力均由左指向右,由邊緣向中部逐漸增

3、大,電磁力合力指向進鋁面且偏向出鋁面;在垂直截面內,磁感應強度與電磁力皆由鋁液底面指向上表面,沿爐膛高度方向衰減,且電磁力衰減速度更快,其沿爐膛高度方向穿透深度約為0.4m;鋁液底層的電磁攪拌器垂直投影區(qū),磁感應強度與電磁力均較大,為攪拌作用的核心區(qū)域。
　　 電磁攪拌器工作50秒后,整個熔體的流動趨向穩(wěn)定,中心區(qū)域的流體受到指向進鋁面且偏向出鋁面的電磁力,在出鋁面靠近燃燒器側與爐門面靠近進鋁面附近形成兩個逆時針的漩渦,這與現(xiàn)場

4、觀測結果相吻合;攪拌一分鐘后,鋁液中最大流速為0.470m/s,爐內大部分區(qū)域鋁液流速在0.1～0.3m/s之間,靠近燃燒器側的出鋁面和爐門面附近區(qū)域流速較大,漩渦中心以及進鋁面附近流動很弱;此時,熔體區(qū)溫度分布趨于均勻,溫差由攪拌開始時的56.8K縮小為7.0K,電磁攪拌作用十分明顯。
　　 合理的電流頻率和電流強度有利于強化電磁攪拌效果并使攪拌器高效工作。對于裝料50t的鋁熔煉爐,優(yōu)化研究結果表明:選擇頻率范圍為1.2～1.