一种用于两相直流电熔镁炉的极心距与炉壳外形设计方法与流程

技术特征：

1.一种用于两相直流电熔镁炉的极心距与炉壳外形设计方法，其特征在于，包括：

设计两相直流电熔镁炉系统的结构；

求得熔池表面在阴极与阳极共同影响下的电弧功率分布；

确定两相直流电熔镁炉系统的物理参数，包括：

求极心距；

根据熔池表面在阴极与阳极共同影响下的电弧功率分布以及求得的极心距确定炉壳外形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求得熔池表面在阴极与阳极共同影响下的电弧功率分布的具体方法包括：

根据阴极区电子热能的等值压降和阳极区的电子热能等值压降，计算阴极截止电压和阳极截止电压；

求电弧功率及电弧两端电压；

根据电弧两端电压、阴极截止电压、阳极截止电压，求出阴极电弧长度和阳极电弧长度；

确定阴极影响下熔池表面的电弧功率分布以及阳极影响下熔池表面的电弧功率分布，进而求出熔池表面在阴极与阳极共同影响下的电弧功率分布。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算阴极截止电压和阳极截止电压的方法如下：

根据电极的加热斑点处温度计算阴极区电子热能的等值压降和阳极区的电子热能等值压降；

根据阴极区电子热能的等值压降和阳极区的电子热能等值压降，计算阴极截止电压和阳极截止电压。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电弧功率的求解方法如下：

根据电极尺寸及电阻率计算两根电极的电阻，同时测量短网电阻，计算出两根电极的电阻与短网电阻之和R；

根据熔池大小和熔池电阻率估算熔池电阻r3；

在已知整流器输出电压Ud时求得使电弧功率P1最大时的直流电流Id′；

求得电弧功率P1＝(Ud-RId′-r3Id′-Ujz1-Ujz2)Id′，Ujz1为阴极截止电压Ujz2为阳极截止电压。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电弧两端电压采用如下公式求解：

Uc＝0.5×(Ud-RId′-r3Id′-Ujx1-Ujz2)

其中，Ud为整流器输出电压，Id′为已知整流器输出电压时使电弧功率P1最大时的直流电流，R为两根电极的电阻与短网电阻之和，r3为熔池电阻，Ujz1为阴极截止电压，Ujz2为阳极截止电压。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阴极电弧长度和阳极电弧长席的计算公式分别如下：

其中，l1为阴极电弧长度，l2为阳极电弧长度，Ujz1为阴极截止电压，Ujz2为阳极截止电压，Uc为电弧两端电压，b为弧压系数。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定阴极影响下熔池表面的电弧功率分布以及阳极影响下熔池表面的电弧功率分布的方法如下：

将电弧在熔池表面的加热热流分布视为正态分布，则加热热流分布表示为其中，qmax为加热斑点中心的最大热流，r为熔池表面任意一点到加热斑点中心的距离，α为热能集中系数；

求加热斑点中心的最大热流其中Q为实际单极电弧功率在熔池表面的分布，由加热热流分布公式在加热斑点面积上进行积分得到，P1为电弧功率；热能集中系数D为电极直径，l为电弧长度，指代阴极电弧长度或阳极电弧长度；

求单电极的电弧功率在熔池表面的分布；

以两个电极的中心连接线所在直线为坐标轴的横轴，以两个电极的中心连接线的中垂线所在直线为坐标轴的纵轴，以阳极中心所在轴为横轴正方向，根据单电极的电弧功率在熔池表面的分布，表示出阴极影响下熔池表面的电弧功率分布以及阳极影响下熔池表面的电弧功率分布。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述熔池表面在阴极与阳极共同影响下的电弧功率分布为阴极影响下熔池表面的电弧功率分布与阳极影响下熔池表面的电弧功率分布之和。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极心距的计算公式如下：

其中，η1为散热效率，η2为保温热能所占比例，q为菱镁矿作原料时的产品单位能耗，ρ为电熔镁砂的密度，h为结晶高度，P1为电弧功率。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炉壳外形的确定方法包括：

根据熔池表面在阴极与阳极共同影响下的电弧功率分布以及求得的极心距，画出熔池表面的等功率线；根据熔池表面外围的等功率线，确定炉壳外形。