一种封闭式电弧炉或矿热炉涡流损耗的计算及改进方法技术

本发明专利技术属于电弧炉或矿热炉结构设计技术领域，特别涉及一种减小电弧炉或矿热炉炉体涡流损耗的计算与选材方法。本发明专利技术步骤包括：建立三维有限元仿真模型、设置求解域、设置求解器、分配材料、施加激励、划分网格、计算涡流损耗并分析、更换材料、确定选材。本发明专利技术通过采用有限元计算软件ANSYS Maxwell来模拟三相交流电弧炉或矿热炉的工作过程，从而分析各部位的损耗特性，具有以下优点：在考虑主要部位和外围部位的基础上所建立的电弧炉或矿热炉三维实体模型，减小了仿真结果与实际工作的误差；通过模拟不同材料参数下的部位损耗，为企业的实际生产提供选材指导；节约实验成本。

【技术实现步骤摘要】
一种封闭式电弧炉或矿热炉涡流损耗的计算及改进方法
本专利技术属于电弧炉或矿热炉结构设计
，特别涉及一种封闭式电弧炉或矿热炉涡流损耗的计算及改进方法。
技术介绍
三相交流电弧炉或矿热炉作为冶炼钢铁、菱镁矿、氧化镁、电石、工业硅等的主要工具，具有初期投资少，操作方便等优势。虽然电弧炉、矿热炉的整体结构复杂，但若仅考虑主要部位，则包括炉盖、炉壁、底座等。因电弧炉或矿热炉工作于高功率的环境中，若选择一般的铁磁性材料制作炉盖、炉壁和底座，会在其表面产生涡流，造成不必要的功率损耗；且冶炼生产过程中，会使得炉体周围温度较高，所以要求所选择的材料能够使得炉盖等部位在高温环境中不会发生变形。尤其是随着对钢铁、氧化镁和工业硅等产品需求的不断增长，其生产量也在不断提高，但如何选择合适的方法计算涡流损耗、如何选择合适的材料减小由于涡流损耗而造成的电能损耗，这些都是迫在眉睫的问题。为了减少不必要的损耗，践行节能理念，故选择产生损耗较小的材料制作炉盖、炉壁和底座。但考虑到每一个部位产生的损耗也不尽相同，而通过实验来选择，依然面临成本高，周期长等问题。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封闭式电弧炉或矿热炉涡流损耗的计算及改进方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)建立三维有限元仿真模型：根据实际工程中电弧炉或矿热炉的各部位的几何参数，通过有限元计算软件建立电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型；/n(2)设置求解域：以原点为中心，设置比电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型大1.5倍以上的求解域；/n(3)设置求解器：依据工业现场的实际情况，设置激励源的工作频率；其余选项保持默认；/n(4)分配材料：按照实际工程中电弧炉或矿热炉的材质，为电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型中的各部位进行初次分配材料；其中，将电极设置为石墨材料；将电极夹持器、导电横臂和水冷导线设置为铜；将炉...

【技术特征摘要】
1.一种封闭式电弧炉或矿热炉涡流损耗的计算及改进方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立三维有限元仿真模型：根据实际工程中电弧炉或矿热炉的各部位的几何参数，通过有限元计算软件建立电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型；
(2)设置求解域：以原点为中心，设置比电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型大1.5倍以上的求解域；
(3)设置求解器：依据工业现场的实际情况，设置激励源的工作频率；其余选项保持默认；
(4)分配材料：按照实际工程中电弧炉或矿热炉的材质，为电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型中的各部位进行初次分配材料；其中，将电极设置为石墨材料；将电极夹持器、导电横臂和水冷导线设置为铜；将炉盖、炉壁和底座设置为低碳钢；
(5)施加激励：施加激励有两种方式：一是在电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型的三根水冷导线的截面上，分别施加相位差为120°的三相交流电流或电压激励；二是省略导电横臂和水冷导线，直接在电极的上表面施加电流或电压激励；
(6)划分网格：对电弧炉或矿热炉的三维有限元仿真模型中的炉盖和炉壁，依据尺寸大小划分体网格；对电流流经的部位计算集肤深度，基于集肤深度划分表面网格，其中，电流流经的部位包括水冷导线、导电横臂、电极夹持器、电极和熔池；
(7)计算涡流损耗并分析：有限元计算软件基于网格，将计算域划分为互不重叠的单元，利用有限元法，选择单元节点作为插值点，依次计算在炉盖、炉壁和底座的涡流电流密度和涡流损耗，得到部位的涡流电流密度分布和涡流损耗密度分布图；分析并确定产生涡流损耗最多的部位，以及各部位涡流损耗密度分布较集中的位置；
(8)更换材料：依据步骤(7)中确定，产生涡流损耗最多的部位为炉盖，对炉盖更换材料，重复步骤(4)～(7)，计算更改之后的部位涡流损耗；
更换材料的方案有两种：
a)将炉盖材料全部更换为高速钢；
b)更改炉盖的设计，使炉盖的结构由A、B两部分不同材料焊接而成，A区域的材料为高速钢，B区域的材料为低碳钢；A区域的形状为圆形或等边三角形，且均以炉盖上表面的中心点为原点，若为等边三角形，其每个顶点均位于炉盖原点向电极圆心方向的延长线上，A区域以外的部分为B区域；A区域选择圆形还是三角形由步骤(7)中得到的涡流损耗密度分布决定；A区域边界的初始划分依据为：如果A区域选圆形，则初始半径为炉盖原点到电极中点的距离；如果A区域选三角形，则初始边长为两个电极的中点间的距离；A、B区域的初始材料设为低碳钢；当对A区域计算求得的涡流损耗比B区域的损耗大至少1个数量级，或者A区域的涡流损耗占炉盖涡流总...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振，王馨，李国锋，王宁会，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21