电弧炉内长电弧等离子体的数值模拟

姚聪林¹，朱红春¹，姜周华^1,2，潘涛¹

1. 东北大学冶金学院2. 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室

摘 要：全废钢连续加料电弧炉内长电弧作为炉内主要的能量来源,对废钢熔化及钢液升温至关重要.采用磁矢量势的磁流体动力学方法建立了电弧炉内电弧的数值模型,并基于该数值模型对电弧炉内电磁场、温度场和流场进行耦合求解,研究了电流大小、弧长对电弧炉内电弧的温度、速度、压力及气体剪切力特性的影响.结果表明,全废钢连续加料电弧炉内电弧等离子体呈"长钟型"分布,电弧柱较细长;随着电流增大,电弧有效作用范围增大,阳极表面电弧压力和气体剪切力增大;随着弧长增加,电弧有效作用范围减小,阳极表面的电弧压力和气体剪切力减小.短弧操作对熔池冲击剧烈,长弧操作熔池较为平稳,合理控制电流和弧长能有效提高电弧热效率.

关键词：电弧炉;电弧;等离子体;温度场;数值模拟;