傾動式鋁液保溫靜置爐內多場耦合仿真與優(yōu)化研究.pdf

1、傾動式鋁液保溫靜置爐（下文中簡稱鋁液保溫爐）內的溫度場均勻與否是決定鋁扁錠鑄造質量好壞和生產效率高低的關鍵，均勻的溫度場和合理的熱工制度能有效提高產品質量和生產率并降低能耗。全面解析爐內溫度場有助于掌握保溫爐的運行狀況和延長爐窯的使用壽命，對設計和改造爐窯設備、優(yōu)化工藝參數(shù)具有重要的指導意義。
　　 本文以橫向課題“生產鋁合金扁錠用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、鋁液層內的流場及溫度場進行了數(shù)值仿真與優(yōu)化。
　　 本文的主要研究內容和結論如下：
　　 1)以大型商業(yè)軟件FLUENT為平臺，結合自定義程序建立了保溫爐的計算模型；實現(xiàn)了保溫爐內燃燒、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算結果，得到了爐內的溫度分布特征。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。本文以實測數(shù)據為依據，數(shù)值計算所得燃氣空間的溫度計算平均誤差為7％，鋁液空間的溫度計算平均誤差為12.5％。
　　 3)深入研究了各個工藝參數(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，鋁液整體溫度變得更為均勻。
　　 4)對保溫爐現(xiàn)有的熱工制度進行了優(yōu)化研究，獲得了該保溫爐最佳工藝制度，結果顯示：燃燒器點火40分鐘溫升率為1.65℃.min-1，燃燒器關閉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)是比較合理和經濟