朱守军等：感应钢包炉电磁场和工作特性的数值分析 ·29· 耐火层 一包壳 7wm 钢水 外磁规 感应图 内磁靓 图】感应钢包炉的结构 图2感应钢包炉的等效电路 的惯性力，又要有良好的透磁性，因此采用奥氏体不锈钢制成。这种包壳材料在交变磁场的 作用下会产生大的涡流损耗，从而降低感应钢包炉的电效率。为减少包壳涡流损耗，感应钢 包炉采用分瓣的包壳结构，在钢包炉与感应圈相对应的部位沿轴向将包壳分成若干个互相绝 缘的“瓣”，且在分瓣处安装内磁轭，使包壳内感生电流被阻断并将磁场导入钢包炉，以此降 低涡流损耗。 在感应钢包炉工作状态下，感应线圈的交变电流产生一交变磁场，该磁场被导入钢包炉， 在钢水中释放电功率，使钢水发热，同时也在磁轭和包壳中引起涡流损耗。这原理与变压器 工作原理相似，感应线圈相当于变压器和原方绕组·钢水相当于变压器的副方绕组，内、外 磁轭系统相当于变压器的磁路系统，那么它的等效电路可表成图2的形式， 图中，x1为感应线圈孤电阻和漏电抗，x为激磁电抗，，x反映了钢水的电阻和电 抗，r为感应钢包炉炉体及外磁轭中的损耗所对应的电阻，这里与普通无芯感应炉等效电路 的差别在于增加了一条由附加电阻构成的并联支路.上述参数是从场量转化而来的，故应结 合电磁场计算进行分析. 2 感应钢包炉电磁场的数学模型 2.1感应钢包炉轴对称场的数学模型 感应钢包炉中的电磁场属似稳的涡流场.感应钢包炉的磁轭在圆周方向为间断分布，因 此其电磁场系三维场.为了能用轴对称场模拟感应钢包炉中的电磁场，本文利用一个轴对称 连续分布的等效磁轭来代替实际磁轭，等效磁轭的径向厚度与实际磁轭的相同，而它的磁阻 率为实际磁轭的SS,倍。这里S、S,分别为等效磁轭和实际磁轭的截面积3]. 同时，磁轭采用叠片铁芯，因此包壳和磁轭中的感生电流不能在整个圆周方向流通。在 进行轴对称场的有限元计算时、应令它们的电导率为零.计算时取图1的一半作为求解区域， 如图3所示。在柱座标系下、用矢里磁位求解的电磁场的边值问题写为：朱 守 军 等 感 应 钢包炉 电磁 场 和 工 作特性 的数值分 析 耐火层 干 包壳 一 ，甘二 感应圈 内班妮 图 感应钢 包炉的结构 图 感应钢包炉 的 等效电路 的惯性 力 ， 又 要 有 良好 的透 磁性 ， 因此 采 用 奥氏体 不锈 钢制 成 这 种 包壳 材料 在 交变 磁 场 的 作用 下 会产 生大 的涡流 损耗 ， 从 而 降低 感应 钢 包炉 的 电效 率 为减 少包 壳 涡 流 损耗 ， 感 应 钢 包炉 采 用分瓣 的包 壳 结构 ， 在钢 包炉 与感 应 圈相 对应 的部位 沿轴 向将 包 壳 分 成若干 个互 相 绝 缘 的 “ 瓣 ” ， 且 在分 瓣 处安 装 内磁扼 ， 使包 壳 内感 生 电流 被 阻 断 并 将 磁 场 导 入钢 包炉 ， 以 此 降 低 涡 流 损耗 在 感应 钢包炉 工 作状 态 下 ， 感 应 线 圈 的 交变 电流 产 生 一 交 变 磁 场 ， 该 磁 场 被 导 入 钢 包炉 ， 在 钢水 中释放 电功率 ， 使钢水 发 热 同时 也 在 磁 扼 和 包 壳 中 引起 涡 流 损耗 这 原理 与 变 压 器 工作 原理 相似 ， 感 应 线 圈相 当于 变 压 器 和 原 方绕 组 ， 钢 水 相 当于变 压 器 的副 方 绕组 ， 内 、 外 磁 扼 系统相 当于 变 压 器 的磁路 系统 ， 那 么 它 的 等效 电路 可表 成 图 的形 式 图 中 ， ， 二 ， 为感 应 线 圈孤 电阻 和 漏 电抗 ， 一 毛 ， 为激 磁 电抗 ， ， ， 反 映 了钢 水 的 电阻和 电 抗 ， 、 为感应钢 包炉 炉 体 及 外 磁扼 中的 损 耗所 对 应 的 电阻 ， 这 里 与普通 无 芯感 应炉 等效 电路 的 差 别 在 于 增 加 了一 条 由附 加 电阻构 成 的 并联 支路 上 述 参数是 从 场量 转化 而 来 的 ， 故 应 结 合 电磁场 计 算进 行 分析 感应钢包炉电磁场的数学模型 感 应钢 包炉轴对称场 的数学模型 感 应 钢 包炉 中的 电磁场 属 似稳 的 涡 流 场 感 应 钢 包 炉 的磁 扼 在 圆周 方 向为 间断分 布 ， 因 此 其 电磁 场 系 三 维场 为 了能 用轴 对 称场模 拟 感应 钢 包炉 中的 电磁 场 ， 本 文利用 一 个 轴 对 称 连 续 分 布 的等效 磁扼 来 代替 实 际 磁 扼 ， 等 效 磁 扼 的径 向厚 度 与 实 际 磁 扼 的 相 同 ， 而 它 的磁 阻 率 为实 际 磁扼 的 人 倍 这 里 、 万 ， 分 别 为等效 磁 扼 和 实 际 磁扼 的截 面积 川 同 时 ， 磁扼 采 用叠 片铁 芯 川 ， 因此 包壳 和 磁 扼 中的感 生 电流 不 能 在 整 个 圆周方 向流 通 在 进 行轴 对 称场 的 有 限元计 算时 ， 应 令它 们的 电导 率 为零 计 算 时取 图 的一 半 作 为求解 区域 ， 如 图 所 示 在 柱 座 标 系下 ， 用 矢里 磁 位 求 解 的 电磁 场 的 边 值 问 题 写 为