矿热炉电_磁_热多物理场耦合多相流温度场分析.pdfVIP

第53卷第4期辽宁化工Vol.53，No.4

2024年4月LiaoningChemicalIndustryApril，2024

矿热炉电/磁/热多物理场耦合多相流温度场分析

杜锦奇，刘鹏，孙昊，王翠华，栗亚奇，张越

（沈阳化工大学机械与动力工程学院，辽宁沈阳110142）

摘要：为了探究三相交流电矿热炉在稳定工作时的炉体工作情况，建立了三维交流矿热炉多物

理耦合分析模型，研究了炉内及炉衬温度场随不同电极插入深度的变化，并对矿热炉内的电磁场分布

情况进行了分析。结果表明：随着电极插入深度的增加，炉膛内部最高温度会随之逐渐变小；炉体外

侧的炉壳温度由于受自然对流换热的影响温度始终保持在80~100℃之间。

关键词：多物理场；矿热炉；数值模拟

中图分类号：TF806.7文献标识码：A文章编号：1004-0935（2024）04-0549-03

矿热炉利用电极末端的电弧热和炉料或炉渣的构间的传热传质机理。

电阻热进行高温熔炼，其工艺既包含了传热、传质、本文建立了一种大型矿热炉电/磁/热多物理场

相变熔化等物理过程，还包括热解、还原、置换等耦合多相流传热传质计算模型。基于大型矿热炉多

化学反应，从而形成了多相流、多物理场、多反应物理场耦合多相流工况，采用Fluent软件二次开发，

的复杂物理化学问题[1]。目前国内外学者从实验和实现炉内电热转化现象、矿料熔化传热、电/磁/热

仿真两方面对矿热炉的电极操作参数、直/交流电弧多物理场耦合仿真分析，探究交流矿热炉在多物理

特性和电极射流与电磁力对电弧行为的影响进行了场耦合工况下矿料/熔渣/合金液/炉衬多相间的传热

深入研究，并对炉内温度场/磁场分布、化学反应机传质机理，合理预测熔池区和炉衬的温度分布。

理等问题进行理论验证和仿真分析[2]。同时，利用1模型建立与网格划分

三维动态CFD模型，结合实验数据和经验数据，对

炉内渣金层电磁行为和传热过程进行仿真分析[3]，依据实际工艺炉体尺寸，利用Solidworks软件

并研究了炉渣特性、电极插入深度和炉内传热对于建立物理模型，再导入ICEM软件进行网格划分，

炉料熔炼效果和能量分布的影响。随着矿热炉大型炉体及炉膛尺寸见表1，模型网格示意图见图1。

化，使得炉内工况更加复杂，对于炉衬和炉壳耐热

性、耐腐蚀性以及强度要求显著提高，因此解决因

炉衬烧穿、热膨胀所导致的漏炉及炉衬形变等问题

迫在眉睫。目前研究者们主要针对高炉炉衬和炉壳

的热应力随温度场的变化开展仿真分析，并基于耐

火材料的气孔率、耐火度和热振稳定性模拟研究了