電渣重熔80t鋼錠的數(shù)值模擬及工藝研究.pdf

1、電渣重熔產(chǎn)品由于具有組織致密、成分均勻、純凈度高、表面光潔等一系列優(yōu)點(diǎn)，電渣冶金技術(shù)近年來得到快速發(fā)展。應(yīng)用電渣重熔工藝生產(chǎn)大鋼錠不僅能夠獲得優(yōu)質(zhì)鋼錠，而且鋼錠的成材率很高，因此電渣重熔在大型鋼錠生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。但采用生產(chǎn)試驗的方法研究大型鋼錠的生產(chǎn)工藝是不可取的，因為大型電渣爐每爐要生產(chǎn)幾十甚至幾百噸的鋼錠，同時消耗的電力、人力、材料費(fèi)用等都非常巨大，而且即使這樣也很難獲得一些重要的內(nèi)部參數(shù)，具有一定的局限性。
　　在

2、這種情況下，數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的解決這一難題。國內(nèi)外的學(xué)者針對電渣重熔結(jié)晶器內(nèi)的溫度場、電磁場和流場進(jìn)行了大量的研究工作，但這些研究只是針對局部的物理場進(jìn)行，而且絕大多數(shù)局限于小型鋼錠的研究。因此這些研究對于大鋼錠的生產(chǎn)來說更多的是研究方法上的借鑒指導(dǎo)，卻不能為實際的工業(yè)生產(chǎn)提供所需的合理的工藝指導(dǎo)，基于此有必要在吸取前人研究成果的基礎(chǔ)上對大型鋼錠的電渣重熔工藝進(jìn)行模擬研究，為我國的電渣重熔生產(chǎn)大型鋼錠提供具體的指導(dǎo)。
　

3、　應(yīng)用ANSYS商業(yè)軟件，以電渣重熔工藝中電極、渣池和鋼錠為研究對象，建立了能夠考慮電渣重熔大型圓錠系統(tǒng)中耦合場的有限元模型，應(yīng)用映射原則劃分有限元網(wǎng)格，然后給不同物質(zhì)的體賦予相應(yīng)的物理屬性，根據(jù)電渣重熔工藝施加邊界條件，基于Maxwell方程、Navier-Stokes方程、連續(xù)性方程和熱量傳輸方程，耦合計算體系中電流密度和體積焦耳熱分布;將電流密度的計算結(jié)果代入磁場，計算電磁力在體系中的分布;最后把體積焦耳熱的計算結(jié)果作為熱源，把電

4、磁力的計算結(jié)果再考慮重力和浮力作為流動的驅(qū)動力，利用CFX流固共軛傳熱模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，耦合計算速度和溫度的分布。通過模擬文獻(xiàn)中給出的相似電渣重熔系統(tǒng)得到的結(jié)果，與文獻(xiàn)中給出的鋼錠剖面圖進(jìn)行比較，熔池形狀吻合良好，證明了本模型和計算過程的可靠性。計算結(jié)果表明:在電極和鋼錠內(nèi)，電流沿軸線方向;在渣池內(nèi)，電流主要集中在電極端頭處;電磁力的最大值出現(xiàn)在渣池中構(gòu)成回路的電極下端的中間;Joule熱的最大值是在渣池中電極端部周圍;速度的最