电渣重熔过程熔滴行为的数值模拟

摘要

电渣重熔能够有效去除夹杂物及改善钢锭的凝固质量。在电渣重熔工艺中，自耗电极的熔化及熔滴的滴落是其核心现象，熔滴的大小影响夹杂物的去除效率，其引起的流场分布决定了渣池温度场的分布及金属熔池的形状，最终决定钢锭质量。本文用VOF方法处理熔滴与熔渣间的相互作用，再耦合电磁场方程、能量方程以及流动方程，建立电渣重熔过程电极熔化及熔池形状的数学模型。分析了电压、填充比、钢渣界面张力等工艺参数对熔滴行为的影响以及不同电极熔化速率对金属熔池形状的影响。模拟结果表明:
　　(1)在本模型条件下，熔炼电压取为30V、35V、40V。随着电压的增大，在熔滴形成阶段，电极底部从一个熔滴源增加到两个熔滴源。熔滴直径从10.56mm增大到11.55mm，再增大到11.84mm;电极熔化速率从0.68kg·min-1增大到0.86kg·min-1，再增大到1.47kg·min-1。
　　(2)在本模型条件下，填充比取0.5、0.6、0.7、0.8。当填充比小于0.6时，随着填充比的增大，熔滴直径从11.55mm增加到11.90mm;在填充比为0.6时达到最大值。之后随着填充比的增大，熔滴直径从最大值减小到11.58mm，再减小到最小值8.71mm。
　　(3)在本模型条件下，钢渣界面张力为0.9N·m-1、1.2N·m-1、1.4N·m-1。随着界面张力的增大，熔滴直径从10.56mm增加到11.48mm，再增加到12.27mm。
　　(4)在本模型条件下，电极熔速取0.68kg·min-1、0.86kg·min-1、1.47kg·min-1。随着熔速的增加，熔池深度从40mm增加到65mm，再增加到112mm;钢锭中心位置两相区宽度，从7mm增加到16mm，再增加到51mm;相应的局部凝固时间从63s增加到133.3s，再增加到231.8s。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的研究目的及意义

1．3 课题的研究内容

第2章 文献综述

2．1 电渣重熔概述

2．1．1 电渣重熔的原理

2．1．2 电渣重熔的特点

2．1．3 电渣重熔的发展及现状

2．1．4 电渣重熔技术展望

2．2 电渣重熔的数值模拟及研究现状

2．2．1 国外对电渣重熔数值模拟的研究

2．2．2 国内对电渣重熔数值模拟的研究

2．3 电渣重熔熔滴形成及滴落行为模拟研究

2．3．1 国外对电渣重熔过程熔滴行为的研究

2．3．2 国内对电渣重熔过程熔滴行为的研究

2．4 文献评述

第3章 模型建立

3．1 计算方法与基本假设

3．1．1 计算方法

3．1．2 基本假设

3．2 物理模型控制方程

3．2．1 电磁场控制方程

3．2．2 多相流VOF控制方程

3．2．3 流动控制方程

3．2．4 渣池的对流传热方程

3．2．5 电极的导热方程

3．2．6 钢锭的导热方程

3．2．7 熔滴的行为

3．3 稳态模型的边界条件

3．3．1 电磁场边界条件

3．3．2 流场边界条件

3．3．3 温度场边界条件

3．4 电极熔化模型的边界条件

3．4．1 电磁场边界条件

3．4．2 流场边界条件

3．4．3 多相流VOF边界条件

3．4．4 温度场边界条件

3．5 熔池模型的边界条件

3．5．1 电磁场边界条件

3．5．2 流场边界条件

3．5．3 多相流VOF边界条件

3．5．4 温度场边界条件

3．6 几何模型及网格划分

3．6．1 实体模型

3．6．2 网格划分

3．7 材料物性参数与工艺参数

3．8 计算流程图

3．8．1 稳态模型

3．8．2 电极熔化模型

3．8．3 熔池形状模型

第4章 模型计算结果及分析

4．1 稳态计算结果

4．1．1 稳态电磁场计算结果

4．2 电极熔化计算结果

4．2．1 熔滴的形成过程

4．2．2 电极熔化时熔滴变化过程

4．2．3 熔滴对温度场和速度场的影响

4．3 熔池计算结果

4．4 不同工艺参数对熔滴行为的影响

4．4．1 不同电压对熔滴行为的影响

4．4．2 不同填充比对熔滴行为的影响

4．4．3 不同界面张力对熔滴行为的影响

4．4．4 不同熔速对熔池形状的影响

4．1 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

作者简介

论文包含图、表、公式及文献