我国钢铁流程余热资源丰富,但利用率相对较低。近年来各种余热回收技术的应用起到了良好的节能降耗效果,但目前炼钢连铸过程容器表面余热尚无法利用。本文采用热电转换技术对炼钢连铸的典型容器-钢包的表面余热进行回收利用。首先运用数值模拟方法对热源钢包静置过程的整体传热、散热行为进行仿真分析,明确钢包表面温度和热流分布。接着根据钢包热散失特点,创新性地提出基于热电转换技术的钢包余热回收方案,并设计了初级的余热回收发电装置。然后采用自主开发的热电程序对钢包壁面辐射条件下热电模块的传热和发电行为进行分析,对热电模块结构以及热电系统的外部负载进行优化,从而最大限度地提升余热回收装置的发电性能。主要研究结果如下:(1)钢包静置过程中,内部钢液的热分层和流动状态影响钢液向壁面和渣层的传热,但钢包包壁和渣层的表面温度几乎不发生变化,包壁和渣层的温度变化仅分布发生在包壁工作层和渣层内侧二分之一厚度范围内。因此,钢包可以视为稳态热源,有利于热电系统的稳定运行。(2)钢包表面热量主要以热辐射的形式散失,辐射热损失占总热量损失的70%以上。侧壁表面是钢包热量散失的主要路径,单位时间内通过侧壁表面散热的热量占到钢包总散热量的50%以上。(3)在壁面热辐射条件下,壁面温度是决定热电模块性能的主要因素。尽管钢包侧壁表面高度方向上温度分布差异很大,但渣线以下的侧壁表面具有较高且相对均匀的温度分布,有利于进行稳定的热电转换。并且该区域为钢包散热的主要部分,是余热热电回收的重点区域。(4)钢包壁面辐射条件下,热电系统回路的外部负载阻值与热电模块内阻的最佳比值在1.6-2.0范围内。该结论已通过对热电模块行为分析和与一维解析结果的对比予以证明。因此,通过合理配置负载电阻,可有效提高热电系统的输出功率。(5)对于钢包余热回收装置的热电系统,增加热电偶臂长和采用双层模块均可显著提高其发电功率。当装置采用热电偶臂长为15 mm的双层热电模块时,热电系统的转换效率可达3-6%,输出功率可达83-304 W/m2。该余热回收装置通过回收250吨钢包表面余热可实现单日发电量约120-400 kW·h,表明该工艺具有巨大的节能潜力。