煉鋼電弧爐全程動(dòng)態(tài)模型與仿真研究.pdf

1、該文首先以國(guó)內(nèi)100T超高功率交流電弧爐在熱調(diào)試中典型爐次的中后期反應(yīng)過(guò)程作為對(duì)象進(jìn)行了模擬計(jì)算,對(duì)模型相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了初步驗(yàn)證和調(diào)整,并以此為基礎(chǔ)擴(kuò)展到對(duì)國(guó)內(nèi)150T超高功率直流電弧爐在熱裝鐵水冶煉模式下的全過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬.計(jì)算結(jié)果表明:上述模型既可應(yīng)用于全廢鋼操作模式下的后期過(guò)程,也可模擬高鐵水比、留鋼操作模式下的全過(guò)程.當(dāng)以成分相對(duì)誤差絕對(duì)值≤30％,溫度誤差的絕對(duì)值≤25K為命中的評(píng)判依據(jù)時(shí),模型對(duì)終點(diǎn)鋼液成分中碳、錳、磷、硫及

2、鋼液溫度的預(yù)報(bào)命中率分別為44％、61％、44％、78％和37％.由于采用了簡(jiǎn)化的廢鋼熔化模型,使鋼液溫度的變化過(guò)程與實(shí)際還存在某些偏差.為此,作者對(duì)電弧加熱下廢鋼的熔化過(guò)程作了進(jìn)一步研究.根據(jù)實(shí)際電弧爐廢鋼熔化過(guò)程難于觀察的特點(diǎn),在建模之前首先進(jìn)行了物理模擬研究,為建模和模型的檢驗(yàn)提供必要的信息和依據(jù).依據(jù)幾何相似和比功率相近的原則,通過(guò)特制的小型電弧爐和電極移動(dòng)控制裝置,以金屬錫塊作為廢鋼的模擬替代物,以直流弧焊電源作為模擬電源,對(duì)

3、直流電弧加熱下廢鋼料堆形態(tài)和分布變化過(guò)程進(jìn)行再現(xiàn)和觀察分析.在直流電弧爐操作現(xiàn)場(chǎng)的觀察研究和實(shí)驗(yàn)室熱態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)電弧加熱的廢鋼熔化過(guò)程中進(jìn)行了描述,對(duì)電弧為核心的加熱體的傳熱、廢鋼熔化過(guò)程的潛熱效應(yīng)、穿井及電極的移動(dòng)、塌料以及熔化的鋼液對(duì)廢鋼的填充等過(guò)程作了特定的假設(shè)和處理,建立了圓柱坐標(biāo)下二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的廢鋼熔化模型.采用控制容積積分法獲得傳熱控制方程的求解代數(shù)方程,并通過(guò)交替方向線迭代的Gauss-Seidel算

4、法進(jìn)行求解.模型計(jì)算表明:電弧區(qū)溫度分布特征與已有的研究結(jié)果接近,廢鋼中井區(qū)邊界尺寸變化和穿井時(shí)間與設(shè)定值基本一致.爐內(nèi)溫度分布特征,尤其是金屬物料區(qū)溫度分布的變化能與熔化過(guò)程的變化相符.在不同爐渣遮蔽效果下,廢鋼的熔化過(guò)程及電弧對(duì)鋼液的加熱效率能與已有的研究結(jié)果相一致.在上述工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將兩維非穩(wěn)態(tài)的廢鋼熔化模型和過(guò)程動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了耦合.計(jì)算表明:耦合的模型對(duì)終點(diǎn)鋼液溫度的預(yù)報(bào)命中率由37％提高到83％,獲得顯著改善.現(xiàn)階段的