鍛造加熱爐是金屬熔鑄過程的關鍵設備,其熔煉過程也是金屬加工過程中能耗較大的環(huán)節(jié),而爐內(nèi)速度與溫度分布對鍛造加熱爐能耗及產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響,因此,通過數(shù)值模擬的方法全面了解鍛造加熱爐內(nèi)熱工過程,對鍛造加熱爐的節(jié)能研究及優(yōu)化設計具有重要指導意義。

 

蓄熱式鍛造爐為研究對象,針對鍛造加熱爐的運行特點,應用標準κ-ε湍流模型、組分傳輸模型、P-1輻射模型、處理金屬熔化潛熱的等效比熱法,實現(xiàn)了鍛造加熱爐內(nèi)非穩(wěn)態(tài)多場耦合數(shù)值模擬。以縮短熔化時間為目標,基于正交試驗設計方案對影響鍛造加熱爐熱工過程的5個參數(shù)進行了數(shù)值模擬及優(yōu)化研究,并得到相應參數(shù)的優(yōu)化值。

 

主要結(jié)論如下：

 

(1)通過實際生產(chǎn)工況下鍛造加熱爐內(nèi)煙氣及金屬料溫度的數(shù)值模擬結(jié)果與測試值比較,驗證了數(shù)學物理模型的可靠性。

 

(2)設計工況下爐內(nèi)主流氣體速度較大,傾斜沖擊金屬料表面；爐內(nèi)形成循環(huán)氣流,有利于增強爐內(nèi)換熱。

 

(3)設計工況下爐內(nèi)*高燃燒溫度達2490K,火焰能到達金屬料表面,有利于增強與金屬料的換熱；金屬料溫度在同一水平高度分布較為均勻,兩燒嘴夾角位置溫度較低,而扒渣坡處金屬料溫度較高,易產(chǎn)生燒損。

 

(4)設計工況下爐膛平均溫度隨加熱時間上升較為平緩,溫度在1400K～1500K范圍內(nèi)；金屬料平均溫度在前2.5小時升溫較快,隨后由于熔化吸熱升溫速率逐漸減??；金屬料溫度相對標準差隨加熱時間呈先增大后減小、再增大的變化規(guī)律,*大相對標準差為10.9%,出現(xiàn)在加熱開始后1小時左右。

 

(5)對燒嘴高度、燒嘴傾角、燒嘴夾角、過?？諝庀禂?shù)和空氣預熱溫度的不同水平構成的16組正交試驗進行了數(shù)值模擬及分析,各參數(shù)對熔化時間影響的主次程度依次為：空氣預熱溫度、過?？諝庀禂?shù)、燒嘴高度、燒嘴傾角、燒嘴夾角；其*優(yōu)水平組合為：燒嘴高度657mm,燒嘴傾角25°,燒嘴夾角90°,過?？諝庀禂?shù)1.1,空氣預熱溫度800℃。