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电熔镁炉温度场的数值模拟及优化

李霖峰  
【摘要】:三相交流电熔镁炉是目前生产电熔镁砂的主要设备。电熔镁炉的实际工作过程是一个非常复杂的物理和化学过程,炉内温度很高,内部温度数据难以在线测量,且难以采用精确的数学模型进行描述。而炉内温度场分布又直接影响电熔镁砂产品的产量和质量。针对这些问题,本文对熔炼过程中的电熔镁炉温度场分布进行了分析,具体研究内容如下:(1)基于有限元法对电熔镁炉三维非稳态温度场分布进行了数值模拟,得到了10000A下7小时20分钟熔炼时间内的电熔镁炉温度场分布仿真结果。(2)基于温度场仿真结果,分析了温度场分布与电熔镁砂产品质量品位分布之间的关系,然后提出了电熔镁砂单位能耗和熔坨皮砂率的多目标优化模型,应用基于网格划分的多目标粒子群算法对提出的多目标优化模型进行优化,分别获取了单位能耗最低和皮砂率最小的两个电流控制策略。仿真结果表明,优化后的两个电流控制策略可以有效地降低单位能耗和熔坨皮砂率,提高电熔镁砂的产量。(3)基于圆形电熔镁炉横向剖面上的等温线轮廓与熔坨横截面上的皮砂分布,设计了一种三角形电熔镁炉炉壳。仿真结果表明,理论上三角形电熔镁炉在单位能耗和熔坨皮砂率这两项指标上均优于传统的圆形电熔镁炉,这种炉形设计对实际电熔镁砂熔炼具有一定的参考价值。


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