工业硅冶炼矿热炉内起弧过程数值模拟

摘要

为研究工业硅矿热炉起弧过程的传热特性,通过建立矿热炉内热-流动-电磁耦合的磁流体动力学模型,利用COMSOL Multiphysics 5.4软件模拟了起弧过程电弧放电、气体流动及炉内温度,并探究了电流大小对矿热炉内起弧过程的影响.结果表明,炉内两电极间受大电流的影响,短时间内发生电弧放电现象,0.5 s内炉内的最高温度由300 K升高到3610 K,最高流速由初始的静止状态增加到1.45 m/s.当保持两电极间起弧距离为15 cm时,施加交流电大小从22108 A升高到62108 A,0.5 s后炉内的最高温度由794 K升高到6091 K,最高流速由0.81 m/s增加到1.71 m/s.流体速度变化相对较为集中,电弧局部产生强烈热对流,大量热量向炉内传递,利于烘炉的进行.通过将阳极表面温度与文献中的数据进行对比验证,建立的数学模型可以准确地反映矿热炉内起弧过程,对于了解炉内起弧规律具有重要现实意义.