同轴结构电渣重熔系统相比传统电渣重熔系统有抗磁干扰性强、节能性好、回路电抗小等诸多优点。本研究基于电磁场理论,针对鲜有研究的同轴结构电渣重熔系统建立电磁场数学模型,运用有限元法对包括电极、渣池、钢锭、结晶器内衬、结晶器外壁、底水箱、同轴等结构在内的完整电渣重熔系统的空间磁场分布进行数值分析,为同轴结构电渣重熔系统的发展提供理论基础,同时也对降低电渣重熔工艺能耗的可行方向进行探索。本课题的主要研究内容有:1.建立了同轴结构电渣重熔系统的电磁场数学模型,在涡流区域采用磁矢量位A和电标量位φ作为未知函数;在非涡流区只用磁矢量位A作为未知函数,进行求解。建立了包括电极、渣池、钢锭、结晶器内衬、结晶器外壁、底水箱、同轴等结构在内的完整电渣重熔系统的有限元模型,并分析了系统内电流密度分布,磁感应强度分布以及焦耳热分布的规律。2.在建立完整的同轴结构电渣重熔系统有限元模型的基础上,分析了不同频率下的四同轴结构电渣重熔系统的空间电磁作用规律,对比研究了四同轴、六同轴以及薄壁同轴结构电渣重熔系统的相关规律,在此基础上进一步对比了柱式同轴与管式同轴的优劣,且结合工业生产用电渣炉结构设计需求,探索了不同轴心距的管式同轴电渣重熔体系的电磁作用规律。3.在建立完整的同轴结构电渣重熔系统有限元模型的基础上,研究了电渣炉结晶器外壁采用不同材质时,涡流损耗的情况。本课题的主要研究结论有:1.分析结果表明,同轴结构电渣重熔系统中电极内的电流密度分布受趋肤效应和邻近效应以及周围同轴回路磁场的综合影响,在电极表面下方一定深度处电流密度最小,而不是电极中心位置,且位于此区域两侧的电极表面区域内感应电流与电极中心区域源电流流向相反。由于渣池电阻很大,电流自电极进入渣池过程中,会重新分布,这一过程中,有一定比例的电流会流入结晶器。另外,采用低频交流电有利于减少额外能量损耗和保持均匀的熔速。2.同轴回路结构对电渣重熔系统磁场有约束作用,在电渣炉周围形成一个磁屏蔽层,该磁屏蔽层兼具减小系统磁场对系统周围结构影响和屏蔽周围杂散磁场对系统的影响,避免熔池异常波动的双重作用,且多同轴结构的电渣炉系统效果更加理想。电极与同轴相互感应在同轴两侧形成两个反向磁场,且靠近电极一侧感应磁场的存在导致电极与同轴之间上出现磁感应强度减弱的区域。另外,在结晶器高度范围的空间区域内磁感应强度大于结晶器以上空间区域内磁感应强度,所以结晶器以上区域的磁场更容易受同轴的约束,电渣炉周围布置必要的铁磁结构应尽量避免在结晶器高度范围内,这也是通常将电渣炉结晶器部分安装在地面以下的原因之一。3.不锈钢与45钢材质的结晶器对比分析表明,不锈钢结晶器周围的磁感应强度较低,不仅结晶器本身涡流损耗少,而且对周围铁磁结构影响小。基于长远利益考虑推荐使用不锈钢材质的结晶器,以节约能源,降低企业成本。