炭电极原料加热系统开发与数值模拟

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炭电极主要应用在铁合金、黄磷、工业硅和电石炉等产品的生产工艺中。炭电极以石油焦、沥青胶为骨料,以煤沥青为粘结剂,经过原料煅烧、破碎、配料、混捏、成型、焙烧、机加工等一系列工艺过程生产成型。经过配料之后的骨料在与高温沥青混捏之前,需要在均匀混合的前提下被加热,实际生产中以加热到180摄氏度为宜。本论文课题来源于企业项目,在加热骨料工艺程序中,传统的电阻加热和油加热方式存在很多难以解决的问题和非常大的局限。本文拟采取用电磁感应加热技术进行间接加热这一方案,通过理论分析和数值模拟,就以下内容进行了研究:(1)设计开发出了炭电极原料感应加热系统,建立仿真实验平台,为数值模拟提供模型尺寸数据。(2)从理论角度分析了电磁感应加热和有限元分析基本原理,建立了电磁感应加热有限元分析物理模型,建立了用于COMSOL数值模拟的PDE模型,并进行了数值计算,得到了罐体内部不同参数条件下的温度场分布规律。(3)影响加热效果的参数主要有罐体壁厚、罐体与感应线圈之间的间隙大小、电流大小、电流频率和加热时间,通过不同参数组合条件下的电磁-热-热多物理场耦合数值模拟计算,分析各参数对加热效果的影响,由此确定了最佳壁厚值和间隙大小。根据分析结果,对不同加热参数组合情况下的数据进行了非线性回归分析,建立了加热过程中罐体内部温度关于电流大小、电流频率和加热时间的非线性回归数学模型,用于指导生产实践。
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