电渣重熔中渣成分变化对电渣冶金过程影响的数值模拟

摘要

电渣冶金过程涉及温度场、流场、电场和磁场，因此无论哪个参数发生变化，都会影响其它物理量，并最终对电渣冶金过程产生影响。在重熔过程中，炉渣成分不断发生变化，导致渣池物性参数的变化，渣电导率、导热系数、密度等参数的变化必然会影响冶炼过程。在恒电压和恒电流操作下，炉渣成分变化会影响熔池的热平衡，从而导致金属熔池深度和形状变化，进而影响冶炼过程，因此研究重熔过程中渣池及渣壳成分变化对重熔过程的影响有重要意义。 本文通过实地调研和实验测定，结合现场条件，利用有限元软件ANSYS电渣重熔过程进行了模拟计算，从渣池、渣壳的性能变化规律（导热系数、电导率及密度变化）方面，就炉渣成分变化对重熔过程的影响进行了研究。通过对炉渣成分无变化、渣壳变化、渣池变化、渣壳渣池均变化四种情况的比对，揭示了电渣重熔过程炉渣成分变化后熔池、电渣锭中温度场分布、电场分布等的差异，可为进一步提高电渣重熔模拟的准确性及推进电渣重熔工艺优化提供参考。 通过研究得到如下主要结论： （1）随着冶炼过程的进行，渣池的炉渣电导率从2.2308Ω-1cm-1增大到2.2859Ω-1cm-1；渣池的导热系数从2.2027 w·m-1·K-1减小到1.9783 w·m-1·K-1；渣池的炉渣密度从2.8765 g·cm-3减小到2.8414 g·cm-3。将渣壳作为绝缘体处理，渣壳由下到上，其电导率为0Ω-1cm-1；渣壳的导热系数从1.7613 w.m-1K-1减小到1.6847 w·m-1·K-1；渣壳的密度从2.8752 g·cm-3减小到2.8721 g·cm-3。 （2）随着冶炼的进行，四种情况轴截面的最高温度均逐渐增高，其温度增高程度从高到低依次为：渣池、渣壳均变化，渣池变化，渣壳变化，无变化。渣池渣壳均变化与无变化轴截面的最高温度相差最大可达39℃。渣池的变化对轴截面最高温度影响大于渣壳变化对轴截面最高温度的影响。 （3）随着冶炼的进行，轴截面最高温度的升高，中心区温度升高。沿结晶器半径方向向外温度逐步降低，且不同情况下的温差逐步减小。不同情况下渣壳的温差变化最大可达8℃。渣壳变化对结晶器表面的温度影响较大，大于渣池的影响，且冶炼时间越长，影响越显著。 （4）渣池、渣壳的变化可使中心高温区及渣金界面温度升高，进而导致金属熔池范围扩大，对电渣锭的凝固产生影响，且锭型越大，影响越大。

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1 绪 论

1.1 电渣重熔技术概述

1.2 电渣冶金过程数值模拟的研究现状

1.3 本课题研究的内容及意义

2 电渣重熔炉渣成分变化研究

2.1 电渣冶金渣池成分变化研究

2.2 电渣冶金渣壳成分变化研究

2.3 本章小结

3 电渣重熔数学模型的建立

3.1 引言

3.2 有限元分析原理

3.3 电渣重熔数学模型基础

3.4 电场和温度场有限元求解

3.5 本章小结

4 电渣重熔过程数值模拟的结果分析

4.1 引言

4.2 电渣重熔过程模拟温度场结果分析

4.3 电渣重熔过程结晶器表面温度变化

4.4 电渣重熔过程代表性样本点温度分布比较

4.5 电渣重熔过程渣金界面温度分布

4.6 电渣重熔过程模拟电场结果分析

4.7 数学模型的验证

4.8 本章小结

5 结 论

参考文献

在校期间研究成果

致谢