摘要：文章介绍了铝加工过程中，熔炼炉在加料、扒渣及熔炼过程中，连接地下烟道的除尘设备风机在较高频率运转工况下时，熔炼炉和保温炉主烟道闸门上下移动难于控制炉压平衡，导致保温炉在倒液过程中炉压波动剧烈，影响生产。为此本文借助COMSOL数值模拟分析地下烟道流场，分析原因和提出修正措施。
关键词：频率；烟道；熔铝炉；保温炉；除尘设备；湍流；炉压；COMSOL
有色金属铝加工生产一般从铝及其合金的熔炼开始，熔铝炉是铝加工的重要环节。在熔炼炉在熔炼过程中，尤其保温炉倒液过程，其炉压平衡控制至关重要[1]。
本文以贵阳某公司实际项目为例，项目现场实际运行过程中，经常在熔炼过程中由于一台熔炼炉熔炼、另一台熔炼炉加料且炉门开启，风机频率处于较高位置，此时保温炉压波动幅度大难于控制平衡，从而使得保温炉倒液炉压波动剧烈，引起液位反复震荡[2]，严重影响生产。为此本文借助COMSOL数值仿真软件对地下烟道进行模型简化，依据实际情况进行该工况下地下烟道流场数值仿真以求分析形成上述问题原因，并找到相关措施。
1地下烟道数值模型
项目现场共有两台蓄热式熔炼炉、一台保温炉和一条铸扎线。实际生产过程中，在高生产负荷情况下，开两熔炼炉和一台保温炉，在低生产负荷的情况下，开一台熔炼炉和一台保温炉。以下项目实际图：
1 实际项目图 图2 45hz工况下模型简化网格图
实际运转过程中，除尘风机处于45hz工况下，当一个熔炼炉熔炼，而另一个熔炼炉炉门开启，保温炉倒液，保温炉闸板阀上下剧烈难于控制炉压，此时保温炉铝液液位波动剧烈出现报警。模型简化网格图如图2所示。
2模拟初始条件分析
本文选择的湍流模型[4]为标准湍流k－ε模型[5]模拟流场，支配方程如下：
其中：模型中，A边界作为风机抽吸口，B、C、D边界分别为熔炼炉一地下烟道，熔炼炉二地下烟道，和保温炉地下烟道。
3 模拟方案与结果分析
实际项目中，采用风机额定风量为42000m3/h，风机抽吸口A段管径为1.2m，则抽吸口风速初始边界条件为10.32m/s，其他B、C、D初始为开边界，模拟时常设置为5s，求解器都为瞬态求解器。
以下是45hz地下烟道流场在3s~5s间隔模拟结果：
图3 45hz工况模拟3s时刻流场图 图4 45hz工况模拟4s时刻流场图 图5 45hz工况模拟5s时刻流场图
根据 45hz工况下地下烟道流场模拟结果，提取保温炉地下烟道附近压力数据绘制其随时间变化图如下：
图6 45hz工况下保温炉地下烟道附近压力波动图
结果分析：
（1）在45hz条件下，保温炉由于自身地下烟道布置原因在局部形成湍流，图7和图9地下烟道流态近似，呈现周期流态，而再根据图6可以看出，保温炉地下烟道附近压力同样和流态一样呈现周期特征，这是由于湍流的不稳定导致。但是压力波动幅度在300pa左右，进而导致炉压控制闸阀反复震荡不易找到平衡，从而使得液位大幅变动。引起现场紧急报警。
（2）在图3可以明显看出熔炼炉以及保温炉地下烟道，在拐角区域形成大范围涡流。涡流会产生负压波动，导致地下烟道压力不稳定。
4 修正措施
根据前文的模拟结果分析，地下烟道在修建过程中，不仅要考虑除尘风机运转情况下，导致地下烟道压力的平衡问题，还要考虑是否会在地下烟道局部形成涡流点。
对于已经修建的项目现场，可依据实际情况在，地下烟道局部架设导流板，或者改进地下烟道砌筑方式。
5结论
（1）根据贵阳实际项目，依据COMSOL数值仿真模拟分析，在风机45hz工况下，炉压波动且不易控制的主因是由于局部地下烟道长而曲折，地下烟道流态不稳定，导致地下烟道压力波动；
（2）在实际项目中尽可能优化地下烟道设计，不仅需要控制地下烟道压力平衡，而且尽可能使地下烟道呈现流线形，从而减少减少地下烟道涡流产生区，从而提高除尘运转情况下，地下烟道压力波动下，进而使保温炉倒液过程中更易通过主烟道闸阀控制炉压和液位平衡，利于生产。
参考文献：
[1]李富强等 模糊PID在合金化炉炉压控制中的应用[A]控制系统 2014
[2]贾婧等 感应电磁泵式铝合金定量浇注技术研究[A]机械设计与制造 2012
[3]Nielsen P V.The select of turbulence models for prediction of room airflow[J].In：ASHRA ETrans.1998.104
论文作者:李招武
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
标签：烟道论文; 地下论文; 熔炼炉论文; 工况论文; 过程中论文; 风机论文; 湍流论文; 《基层建设》2019年第21期论文;