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

1、電磁攪拌技術(shù)是鋁合金熔煉工藝中所采用的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),其特點(diǎn)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(chǎng)對(duì)鋁液進(jìn)行無(wú)接觸攪拌,使熔體內(nèi)溫度與成分趨于均勻,從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省能耗的目的。系統(tǒng)地研究電磁攪拌過(guò)程中的鋁液內(nèi)物理場(chǎng)的分布規(guī)律,有助于全面了解攪拌效果,并對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,因而具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)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(duì)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(chǎng)理論、流動(dòng)傳熱理論以及順序耦合方法,對(duì)鋁液內(nèi)的磁場(chǎng)、流場(chǎng)以及溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬并優(yōu)化了工藝參數(shù)。研究結(jié)果表明:
　　 電磁攪拌器在周圍空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng),其變化周期等于加載的交流電流周期。該磁場(chǎng)為行波磁場(chǎng),基準(zhǔn)工況下以1.44m/s的速度沿爐膛長(zhǎng)軸方向向進(jìn)鋁面勻速移動(dòng);電磁力場(chǎng)也呈現(xiàn)相似規(guī)律,其移動(dòng)速度為前者的兩倍;在水平面內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)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(jìn)鋁面且偏向出鋁面;在垂直截面內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(gè)熔體的流動(dòng)趨向穩(wěn)定,中心區(qū)域的流體受到指向進(jìn)鋁面且偏向出鋁面的電磁力,在出鋁面靠近燃燒器側(cè)與爐門面靠近進(jìn)鋁面附近形成兩個(gè)逆時(shí)針的漩渦,這與現(xiàn)場(chǎng)

4、觀測(cè)結(jié)果相吻合;攪拌一分鐘后,鋁液中最大流速為0.470m/s,爐內(nèi)大部分區(qū)域鋁液流速在0.1～0.3m/s之間,靠近燃燒器側(cè)的出鋁面和爐門面附近區(qū)域流速較大,漩渦中心以及進(jìn)鋁面附近流動(dòng)很弱;此時(shí),熔體區(qū)溫度分布趨于均勻,溫差由攪拌開始時(shí)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(qiáng)度有利于強(qiáng)化電磁攪拌效果并使攪拌器高效工作。對(duì)于裝料50t的鋁熔煉爐,優(yōu)化研究結(jié)果表明:選擇頻率范圍為1.2～1.