D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1997.03.007 第19卷第3期 北京科技大学学报 Vol.19 No.3 1997年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1997 DC-EAES-LF熔池电弧电渣 加热过程的三维数值模拟 朱洁”郭鸿志2》傅杰》 马廷温) I)北京科技大学冶金学院，北京1000832)北京科技大学热能系 摘要建立了非规范正交曲线坐标系下DC一EAES一LF炉电弧电渣加热过程三维数学模型， 并进行联立耦合求解：速度场计算使用了矢性流函数方程和涡量输运方程；湍流模型采用引入 Rechardson浮力修正项的k一e双方程模型，温度场用非定常能量输运方程描述.现场测量的温 度场与预报结果基本一致。 关键词直流电弧电渣钢包炉，加热过程，三维数值模拟 中图分类号TF748.41 直流电弧电渣钢包炉具有明显的优点：(1)采用带信号的控制系统，使顶阳极端面保持在 距金属液一定距离的位置，以控制一定的Us值，防止增碳，并实现2个阳极区的电流加热，提 高热效率，有利于金属熔池温度均匀；通过调节Us值，可调节电弧与电渣供热比例.(2)在相 同的三负载电压条件下的电弧电压数值，有利于埋弧操作.(3)电渣过程的存在有利于改善熔 渣的脱硫效果.由于炉顶有直流电弧与2根顶阳极，电弧与电渣同时加热，炉内物理现象极为 复杂，炉内熔体流动与传热规律尚不清楚，为此，本文中通过三维数值模拟，结合现场实测，探 索直流电弧电渣钢包炉加热过程的规律，以便为该新设备的优化设计及最佳工艺操作提供科 学依据。 1直流电弧电渣加热钢包炉原理 直流电弧电渣钢包炉采用预埋在耐火材料包衬内、直接与钢液及包壳联接的信号极（材 质为金属或其他导电材料)及专门的控制系统将2 根石墨电极控制在具有一定电阻的溶渣层中的一 定位置，使阳极端部与金属熔池间保持一定电压 4值，以实现电弧一电渣加热.图1是直流电弧电 渣钢包原理示意图， 系统电参数间有以下关系： U=UARC UES:IARC lEsI lgs:i 图1直流电弧电渣钢包炉原理图 P=UARCX IARC Ues(/EsI lEs2). 1-钢包；2-钢液；3-渣液；4石墨电极；5石墨阴极； 1996-08-22收稿 第一作者女28岁博上1 3 第 卷 第 期 9 7 1 年 月 6 9 9 北 京 科 技 大 学 学 报 o J u r n a l o U n f i v e r s o i t y f i c S e e e n a n d T o c e n h l g o i e B y j i n g o V l . N 1 9 o . 3 J u n e 7 1 9 9 C D 一 S A E E 一 熔池 电弧 电渣 L F 加热过程 的三维数值模拟 朱 洁 ’ 1 郭鸿志 傅 杰 马 廷温 ) ) ) 2 ` ) 北京 科技大学冶金 学 院 ) l , 北京 1 0 0 0 8 3 2) 北京科技大学热能系 摘要 建立 了 非规范正 交 曲线坐标系下 E ( : 一 E A E S 一 L F 炉 电弧 电渣 加热过程三维数学模 型 , 并 进行 联立祸 合求 解: 速 度场计 算使 用 了矢 性流 函 数方 程和 涡 量输运 方程 ; 湍流模 型 采用 引入 eR c h a dr os n 浮力修 正 项 的 k 一 。 双方程模 型 ; 温度 场用 非定常 能量输运方程描 述 . 现场测量 的温 度场 与预报结果基 本一致 。 关健 词 直流电弧电渣 钢包炉 , 加热过程 , 三维数值模拟 中图分 类号 T 尸48 . 引 直 流 电弧 电渣 钢 包炉具 有 明显 的优 点: ( l) 采 用带信号 的控制 系统 , 使顶 阳极端 面保持 在 距 金属 液 一定距 离 的位 置 , 以 控制 一 定的 从 S 值 , 防止 增碳 , 并 实现 2 个 阳极 区 的 电流 加热 , 提 高 热效 率 , 有 利于 金属 熔 池温 度均 匀 ; 通过 调节 叭 s 值 , 可 调节 电弧 与 电渣供 热 比例 . ( 2) 在相 同的三 负 载 电压条件下 的 电弧 电压数 值 , 有利 于埋 弧操 作 . (3) 电渣过程 的存 在有 利于 改善熔 渣 的脱硫 效果 . 由于 炉顶 有直 流 电弧 与 2 根 顶 阳极 , 电弧与 电渣 同时加 热 , 炉 内物 理现 象极 为 复 杂 , 炉 内熔体流动 与传 热规律尚不 清楚 . 为此 , 本 文 中通过 三维 数值模 拟 , 结合 现场 实测 , 探 索直流 电弧 电渣 钢 包炉 加热 过程 的规律 , 以 便 为该新 设备的 优化设 计及 最 佳工 艺操作提供科 学依 据 。 1 直流 电弧 电渣加热钢包炉原理 直 流 电弧 电渣 钢 包炉 采 用预 埋在 耐 火材 料 包衬 内 、 直接 与钢 液 及包 壳联 接 的信号 极 (材 质 为金 属 或其 他 导 电材料 ) 及 专 门 的控 制系 统将 2 根 石 墨 电极 控 制 在具 有 一 定 电阻 的溶 渣 层 中 的一 定 位 置 , 使 阳 极端 部 与金 属熔 池 间保持 一 定 电压 吃 值 , 以 实现 电弧 一电渣 加热 . 图 1 是 直流 电弧 电 渣 钢包 原理 示意 图 . 系 统 电参数 间有 以下 关 系: U = 叭cR + U sE ; 人cR = 龟 , + 坛 2 ; 尸 二 叭、 X 爪cR 十 从荞左 s } + 左 5 2 .) 图 l 直流电弧电渣钢包炉原理图 l 一钢包 ; 2 一钢液 ; 3 一渣 液; 4 一石墨 电极 ; 5 一石墨阴极 ; 19 9 6 一 0 8 一 2 2 收稿 第一 作者 女 2 8岁 博 上 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 03. 007