[發(fā)明專利]一種封閉式電弧爐或礦熱爐渦流損耗的計算及改進方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010010534.8
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111159955B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王振;王馨;李國鋒;王寧會
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;F27B14/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;隋秀文

本發(fā)明屬于電弧爐或礦熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種減小電弧爐或礦熱爐爐體渦流損耗的計算與選材方法。本發(fā)明步驟包括：建立三維有限元仿真模型、設(shè)置求解域、設(shè)置求解器、分配材料、施加激勵、劃分網(wǎng)格、計算渦流損耗并分析、更換材料、確定選材。本發(fā)明通過采用有限元計算軟件ANSYS Maxwell來模擬三相交流電弧爐或礦熱爐的工作過程，從而分析各部位的損耗特性，具有以下優(yōu)點：在考慮主要部位和外圍部位的基礎(chǔ)上所建立的電弧爐或礦熱爐三維實體模型，減小了仿真結(jié)果與實際工作的誤差；通過模擬不同材料參數(shù)下的部位損耗，為企業(yè)的實際生產(chǎn)提供選材指導；節(jié)約實驗成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電弧爐或礦熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種封閉式電弧爐或礦熱爐渦流損耗的計算及改進方法。

背景技術(shù)

三相交流電弧爐或礦熱爐作為冶煉鋼鐵、菱鎂礦、氧化鎂、電石、工業(yè)硅等的主要工具，具有初期投資少，操作方便等優(yōu)勢。雖然電弧爐、礦熱爐的整體結(jié)構(gòu)復雜，但若僅考慮主要部位，則包括爐蓋、爐壁、底座等。因電弧爐或礦熱爐工作于高功率的環(huán)境中，若選擇一般的鐵磁性材料制作爐蓋、爐壁和底座，會在其表面產(chǎn)生渦流，造成不必要的功率損耗；且冶煉生產(chǎn)過程中，會使得爐體周圍溫度較高，所以要求所選擇的材料能夠使得爐蓋等部位在高溫環(huán)境中不會發(fā)生變形。尤其是隨著對鋼鐵、氧化鎂和工業(yè)硅等產(chǎn)品需求的不斷增長，其生產(chǎn)量也在不斷提高，但如何選擇合適的方法計算渦流損耗、如何選擇合適的材料減小由于渦流損耗而造成的電能損耗，這些都是迫在眉睫的問題。

為了減少不必要的損耗，踐行節(jié)能理念，故選擇產(chǎn)生損耗較小的材料制作爐蓋、爐壁和底座。但考慮到每一個部位產(chǎn)生的損耗也不盡相同，而通過實驗來選擇，依然面臨成本高，周期長等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種封閉式電弧爐或礦熱爐渦流損耗的計算及改進方法，利用數(shù)值模擬技術(shù)，采用有限元計算軟件，模擬電弧爐或礦熱爐的冶煉過程，通過對比不同材料下，電弧爐或礦熱爐各部位在冶煉過程中產(chǎn)生的渦流損耗，再綜合考慮現(xiàn)場工作溫度，從而確定某一部位的最終使用材料，對產(chǎn)生損耗較多的部位選擇合適的材料。該方法可以大幅度減少研發(fā)周期，節(jié)約資源，減少成本。

為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種封閉式電弧爐或礦熱爐渦流損耗的計算及改進方法，包括以下步驟：

(1)建立三維有限元仿真模型：根據(jù)實際工程中電弧爐或礦熱爐的各部位的幾何參數(shù)，通過有限元計算軟件建立電弧爐或礦熱爐的三維有限元仿真模型；

(2)設(shè)置求解域：以原點為中心，設(shè)置比電弧爐或礦熱爐的三維有限元仿真模型大1.5倍以上的求解域；

(3)設(shè)置求解器：依據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實際情況，設(shè)置激勵源的工作頻率；其余選項保持默認；

(4)分配材料：按照實際工程中電弧爐或礦熱爐的材質(zhì)，為電弧爐或礦熱爐的三維有限元仿真模型中的各部位進行初次分配材料；其中，將電極設(shè)置為石墨材料；將電極夾持器、導電橫臂和水冷導線設(shè)置為銅；將爐蓋、爐壁和底座設(shè)置為低碳鋼；

(5)施加激勵：施加激勵有兩種方式：一是在電弧爐或礦熱爐的三維有限元仿真模型的三根水冷導線的截面上，分別施加相位差為120°的三相交流電流或電壓激勵；二是省略導電橫臂和水冷導線，直接在電極的上表面施加電流或電壓激勵；

(6)劃分網(wǎng)格：對電弧爐或礦熱爐的三維有限元仿真模型中的爐蓋和爐壁，依據(jù)尺寸大小劃分體網(wǎng)格；對電流流經(jīng)的部位計算集膚深度，基于集膚深度劃分表面網(wǎng)格，其中，電流流經(jīng)的部位包括水冷導線、導電橫臂、電極夾持器、電極和熔池；