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

 

蓄熱式鍛造爐為研究對(duì)象,針對(duì)鍛造加熱爐的運(yùn)行特點(diǎn),應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了鍛造加熱爐內(nèi)非穩(wěn)態(tài)多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬。以縮短熔化時(shí)間為目標(biāo),基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案對(duì)影響鍛造加熱爐熱工過(guò)程的5個(gè)參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬及優(yōu)化研究,并得到相應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化值。

 

主要結(jié)論如下：

 

(1)通過(guò)實(shí)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(cè)試值比較,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)物理模型的可靠性。

 

(2)設(shè)計(jì)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(qiáng)爐內(nèi)換熱。

 

(3)設(shè)計(jì)工況下爐內(nèi)*高燃燒溫度達(dá)2490K,火焰能到達(dá)金屬料表面,有利于增強(qiáng)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(shè)計(jì)工況下爐膛平均溫度隨加熱時(shí)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(shí)升溫較快,隨后由于熔化吸熱升溫速率逐漸減?。唤饘倭蠝囟认鄬?duì)標(biāo)準(zhǔn)差隨加熱時(shí)間呈先增大后減小、再增大的變化規(guī)律,*大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為10.9%,出現(xiàn)在加熱開始后1小時(shí)左右。

 

(5)對(duì)燒嘴高度、燒嘴傾角、燒嘴夾角、過(guò)剩空氣系數(shù)和空氣預(yù)熱溫度的不同水平構(gòu)成的16組正交試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬及分析,各參數(shù)對(duì)熔化時(shí)間影響的主次程度依次為：空氣預(yù)熱溫度、過(guò)剩空氣系數(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(guò)剩空氣系數(shù)1.1,空氣預(yù)熱溫度800℃。