圆形蓄热式铝熔炼炉炉内流场数值模拟研究.pdfVIP

第46卷　 第1期 有色金属加工 Vol．46　 No．1 　 　 2017年2月 NONFERROUS METALS PROCESSING February2017 圆形蓄热式铝熔炼炉炉内流场数值模拟研究 李　 浩,谢晓燕,史　 勇 (苏州有色金属研究院有限公司,江苏 苏州215026) 摘　 要:铝熔炼炉是典型的周期式高温熔炼设备,通过数值模拟软件,对圆形蓄热式铝熔炼炉炉内流场进行了模拟计 算,分析了炉膛内的气流分布情况。 铝熔炼炉4种烧嘴组合工作方式下,均能在炉内形成循环方向一致的气流,铝液表 面气流平均速率在6.8 m/ s~8.2 m/ s范围内;相对2个烧嘴工作时气流高速区范围较大,有利于炉内气体对铝料的 传热。 关键词:铝熔炼炉;数值模拟;流场分析 中图分类号:TG232　 　 　 　 文献标识码:A　 　 　 　 文章编号:1671-6795(2017)01-0021-04 　 　 随着社会的进步和科技的发展,铝产品的需求量 (2)在三维数值计算过程中,假设铝料表面为水 [1] 越来越大,其应用范围也越来越广 ,铝熔炼炉是铝 平面,不考虑炉次开始时物料形状对火焰的影响;忽 加工行业必不可少的设备,其数量也在不断增加。 对 略物料表面与炉气的化学反应,只考虑物料与烟气间 铝熔炼炉进行数值模拟计算,了解炉气的流动状况, 的辐射换热和对流换热过程; [2] 对铝熔炼炉的优化设计具有重要的意义 。 (3)炉内物料熔化过程的时间较长,取样、加料、 铝熔炼炉是典型的周期式高温熔炼设备,从炉料 扒渣等间断性操作时间相对整个熔化过程极短,因而 入炉到物料出炉结束,大致可分成以下几个阶段:装 在对铝熔炼炉进行建模时,不考虑上述 3 个操作过 料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升温期、精炼及 程。 在建模时忽略炉门、扒渣门和炉盖,除4 个烧嘴 保温期。 铝熔炼炉炉内熔炼过程较为复杂,包含燃料 和辅助烟道外,将炉体简化为封闭圆柱体; 燃烧、多相流动、传热传质等多个过程。 近年来,国内 (4)烧嘴实际工作过程中,在切换瞬间,存在点火 外学者[3-5]围绕铝熔炼炉的能源选择、控制水平、炉 时间,例如A1烧嘴熄火至A2烧嘴开始燃烧之间存在 型、燃料配比、燃烧装置、余热回收、炉衬材料、搅拌方 约3~5s的时间间隔。 在数值模拟时,忽略此时间,简 法等方面进行了一定的节能优化研究。 化定义为烧嘴切换动作在瞬间完成。 同时不考虑点 火枪对熔炼炉整个工艺过程的影响。 1　 模型假设 按照以上简化条件所建立的铝熔炼炉模型如图1 铝熔炼炉炉内工艺过程十分复杂,受目前认识水 所示。 平和计算资源的限制,模型建立时无法考虑全部外部 2　 网格及计算条件 条件。 对其进行适当的简化和假设,有助于方便分析 炉内炉气流动的规律。 在保证与炉内熔化过程主要 由于蓄热式烧嘴和铝熔炼炉炉体的结构复杂及 规律一致和满足数值模拟求解精度的前提下,对铝熔 尺寸悬殊较大,因此本研究采用多块非结构化网格结 [5] 炼炉模型的简化和假设如下 :