矿热炉内镍铁还原过程电流密度分布与温度场的有限元分析

作     者：王子坤 李拓文 李宝宽 Wang Zikun;Li Tuowen;Li Baokuan

作者机构：东北大学材料与冶金学院沈阳110819 沈阳市民营科技机构协调服务中心沈阳110003 

出 版 物：《材料与冶金学报》 (Journal of Materials and Metallurgy)

年 卷 期：2013年第12卷第3期

页      面：177-184,217页

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

基　　金：国家自然科学基金重点项目(50934008)资助 

主　　题：矿热炉 电流密度分布 温度分布 

摘      要：矿热电炉埋弧还原焙烧渣过程是利用回转窑焙烧—电炉熔炼法(RKEF法)冶炼镍铁合金工艺中的关键环节.本文建立了矿热炉熔炼镍铁过程中三维多物理场的数学模型,模型中采用Maxwell方程、Joule定律结合能量方程,对矿热炉内料层、渣层和产品层的一体化系统进行电磁行为和传热过程有限元分析.由于料层中电极下方坩埚区对熔炼过程有重要影响,在炉体建模时,建立比圆柱形更复杂的碗型坩埚区模型,采用结构化网格,使计算结果更接近生产实际.本研究着重分析了炉内电流密度分布规律,并且考查了电极直径、极心圆直径和炉膛高度对温度场分布的影响.结果表明:流经电弧时电流密度较高,成发散状,进入渣层后电流密度减小并重新分布;渣层和料层的交界区域为主要的产热区域;高温区集中在电极底端与坩埚区,料层内温度梯度大;渣内温度呈分层分布,纵向温度梯度大于径向温度梯度;镍铁层温度分布较为均匀;减小电极直径可以使炉内温度升高,但制约电极直径无限减小的因素是电极承载电流能力;减小炉体高度可以使炉内温度升高,但炉体高度也要受产量因素制约.