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第40卷第6期绿色矿冶Vol.40No.6

2024年12月SustainableMiningandMetallurgyDec.2024

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冶炼电孤炉多物理场耦合仿真分析及结构优化

郭天宇摇姚摇心摇王成成摇曹珂菲

(中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)

[摘摇要]摇针对某项目贵金属冶炼电炉耐火材料损耗过快,极大影响生产效率的问题,通过构建三维多物理场耦

合仿真模型,对电弧炉内电磁场和温度场进行模拟分析,明晰冶炼电弧炉内的传热机制并优化其水冷设计。通过

Maxwell与Comsol两种电磁场仿真软件计算结果的对比,保证了计算的准确性。仿真结果表明,熔池电极以上部

分,电极两侧磁感应强度最大,由内向外逐渐减小;熔池电极以下部分,磁感应强度由内向外逐渐增大。加热功率

密度主要集中在电极区域,熔池内加热功率约占总加热功率的98%,炉壁温度随炉壁与熔池距离的增加而逐渐减

小。针对铜水套上部外壁面温度过高的问题,提出了优化铜水套设计的解决方案。通过增加相邻铜水套之间的距

离,炉壁局部过高点温度由452益降低为277益,水套冷却水进出口温差增大了9郾45%,降低了耐火材料消耗,提

高了生产效率。

[关键词]摇电弧炉;磁场;温度场;流场;数值模拟;多物理场耦合

[中图分类号]TF806郾6摇摇摇[文献标志码]A摇摇摇[文章编号]2097-2423(2024)06-0058-09

DOI:10.19610/10-1873/tf.2024.06.009

学模型,用于描述硅铁交流电弧炉内的传热和流体

0摇前言

流动,并研究了电流和电弧长度对熔池内流场和温

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有色金属冶炼是能源消耗和碳排放大户,减少度分布的影响。王振等以电熔镁工业生产为背

冶炼过程碳排放是实现“碳达峰冶与“碳中和冶目标景,利用ANSYS有限元分析软件,研究了电弧炉温

的重要抓手。与传统高炉-转炉长流程冶炼方式相度场、流场、压力场和电势的分布,以及电流对熔池

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比,电弧炉熔炼具有工艺流程短、能源消耗低和碳排表面等效热通量的影响。王子坤等建立了电弧

放量小等优势。推动电弧炉低碳高效冶炼技术进炉熔炼镍铁过程的三维多物理场仿真模型,通过将

步,有利于实现中国有色工业可持续发展目标。电弧按等效电阻处理,对炉内料层、渣层和产品层的

然而,电弧炉内的生产是气、液、固和电弧等离一体化系统进行了电磁行为和传热过程的仿真计

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子体多相并存,电磁场、流场及温度场高度耦合的复算。张思弘等采用多物理场耦合模型,对熔池内

杂过程,直接测量冶炼过程炉体内部的温度分布难电磁场、流场及温度场进行仿真分析,获得了电磁力

[5]

度大。随着计算技术及计算机硬件水平的不断提作用下熔体流动对壁面的侵蚀规律。刘鹏等建

升,数值模拟技术被引入电弧炉内部多物理场耦合