中间包感应加热的数值模拟和分析-科大丛林

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1、中间包感应加热的数值模拟和分析丛林,张炯明,雷少武,李茂康（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083）摘要：对通道式感应加热中间包进行电磁场-流场-温度场耦合计算分析，在此基础上提出一种新的弧形通道设计方式，并对它们的加热效果及流场分布进行计算比较。结果表明，感应加热能够有效补偿钢液温降，同时改善中间包内流场，而弧形通道的设计加热效率更高，平均升温幅度比直线型通道高2-5℃，更具有节能优势。关键词：感应加热；中间包；数值模拟；流场；温度场NumericalsimulationandanalysisoftundishinductionheatingCONGLin，Z

2、HANGJiong-ming，LEIShao-wu，LIMao-kang(SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)Abstract:Anewdesignofcurvedchanneltypeofinductionheatingtundishwasproposedbasedonthecalculationandanalysisoftheelectromagnetic-fluid-thermalcoupli

3、ngfieldoftheconventionalchanneltypeinductionheatingtundish.Bycomparingtheresultsofthetwotypesofinductionheatingmethod,wecanreachtheconclusionthat,thethermallossofmoltensteelinthetundishcanbecompensatedeffectivelybyinductionheating,andthefluidfieldinthetundishisbetter.Thenewdesignofcurvedc

4、hanneltypeofinductionheatinghasahigherefficiencyininductionheating,theaveragerangeoftemperatureriseis2-5℃higher,whichleadstoabetterperformanceinenergyconservation.Keywords:inductionheating；tundish；numericalsimulation；flowfield；thermalfield在连铸过程中，中间包会出现不同程度的热损失，特别在浇注初期、换包和浇注末期会引起钢水较大的温降，不利

5、于实现低过热度恒温浇注，进而会影响铸坯质量，不利于稳定操作。因此,寻求外部热源来补偿中间包钢水的温降开始越来越引起人们的重视。1983年，Ueda[1][2]Tsunehiro等人第一次提出了通道式中间包感应加热的概念。MabuchiMasaki等人研究发现，通道钢水经加热膨胀，进入浇铸区后由于密度差的存在受到浮力作用而向上流动，延长了钢水的平均停留时间，有利于夹杂物的去除。YutakaYoshii等人对千叶制铁所的感应加热中间包的应用效果进行检测分析，结果表明在没有感应加热的情况下钢水会出现10-20℃的温降，有感应加热则能够控制在0-5℃以内，同时铸坯皮下夹杂和缩孔减

6、少到原来的[3,4]1/4-1/12。随着企业对控制能耗的要求越来越高，近年来出现了一些新的感应加热设计，包括将感[5]应加热器外置在中间包壁外局部加热钢水的横向磁通感应加热法，线圈直接缠绕在中间包[6]外壁对钢水进行加热的无芯感应加热法，由于横向磁通式加热方式漏磁严重，无芯式加热磁感线要穿过包壁也会造成能量损失，而通道式感应加热具有较高的功率因数和热效率，因此得到了更广泛的应用。对于通道式感应加热中间包，通道要有足够的长度才能满足加热的需求，而在生产实际中，由于空间的限制，增大通道长度往往存在一定难度，同时增大通道长度还会减少中间包容量，不利于延长钢液的平均停留时间。因

7、此本文在研究了传统的直线型通道感应加热中间包之后，提出了一种新型的环形通道设计，它在保证浇铸区与注流区体积和距离均不变的情况下，增长了通道长度，满足了加热的需求，同时对中间包内流场也有一定的改善作用。图1为两种感应加热中间包的流体域与铁芯装配示意图，两条通道埋设于中间包底部，缠绕水冷线圈的那部分铁芯插在两条通道之间，另一部分铁芯则置于通道之外。abcd图1中间包模型示意图：a）直线型通道中间包俯视图，b）弧形通道中间包俯视图，c）直线形及弧形通道中间包正视图，d）铁芯和线圈Fig.1Schematicoftundishsyst