通道式感应加热中间包的数值模拟研究

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在连铸过程中,中间包存在较大的热损失,通道式感应加热中间包能够有效地进行温度补偿,而且有利于夹杂物去除。本文针对双通道式感应加热中间包,运用三维稳态、非稳态数学模型来研究感应加热中间包内电磁场、流场及温度场。基于有限元方法,求解并分析了通道式感应加热中间包内感应电流、磁场、洛伦兹力和焦耳热分布。将洛伦兹力和焦耳热作为源项加入动量和能量守恒方程,基于有限体积法,对钢液的流动、传热行为进行耦合求解。运用数值模拟的方法,求得“T”型中间包以及有、无感应加热时的中间包RTD曲线,并分别分析了仅加载洛伦兹力和焦耳热时的RTD曲线。通过自定义标量方程,考察通道式感应加热中间包内钢液传质行为。结果表明:在通道式感应加热中间包内,感应电流穿过两个通道形成电流回路。通道中感应电流密度要远大于注入室和分配腔中感应电流密度。通道中感应电流分布是不均匀的。感应电流与钢液电阻作用产生焦耳热,其分布与感应电流相似。感应电流和磁场的不均匀致使洛伦兹力是偏心的。钢液受到偏心洛伦兹力作用,会产生旋转流动。钢液流过通道时,钢液温度升高密度减小,密度差产生的浮升力使热的钢液向上运动,延长了钢液在中间包内停留时间,减小了死区体积分率。钢液流动和传热的改善使钢液组分混合更充分,而无感应加热时,流场、温度场不具备这些特点。通道式感应加热中间包总体平均停留时间为760s,总体死区体积分率为21.5%;无感应加热装置的中间包总体平均停留时间为712s,总体死区体积分率为30.1%;洛伦兹力是通道式感应加热中间包RTD曲线中重要因素。
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