炉底电极形式对直流电弧炉内熔体搅拌的影响

将Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｍａｘｗｅｌｌ方程相结构，解析了工业应用的具有不同炉底电极形式的直流电弧炉炉内熔体的搅拌特性，结果表明，直流电弧炉炉内熔体的搅拌强烈地依赖于炉底导电电极直径的大小，采用小直径导电炉底电极时，存在两个循环流，采用大直径炉底电极时，存在一个大循环流，大直径导电炉底电极下的熔体搅拌效果优于小直径炉底电极下的搅拌效果。     

直流电弧炉内熔体中电流分布及其自身搅拌力

应用数值方法对直流电弧炉条件下的 Maxwell 方程进行了解析,结果表明,熔体中的电流密度、电磁场强度和电磁力的分布是非常不均匀的,电弧附近的钢水中的电流密度较其它区域高出 1～2 个数量级,电磁力较其它区域高出 2～3 个数量级,该区域的电磁力对熔体搅拌起着决定性的作用,预测了钢水的流形。     

直流电弧炉炉内熔体温度场及流场

通过将麦克斯韦方程、纳维-斯托克斯方程及能量平衡方程相结合,提出了一个描述单电极直流电弧炉炉内熔体温度场及流场的数学模型。通过实验室规模的直流电孤炉的温度实测和模型计算表明,熔体内的温度分布是均匀的,电弧附近的一定区域除外;熔体的流动是高度紊流的;操作电流为0.8～1.2kA时,热浮力是控制熔体流动的主导力量。     

脉冲电磁场在金属熔体中的电磁效应及其应用

人类社会的发展对金属材料的质量提出了更高的要求,洁净化和均质化成为金属制品质量的共同追求目标.物理科学与技术的发展为材料制备技术的进步提供了新的机遇.脉冲电流和脉冲磁场由于瞬时能量高且线路负荷小,近年来在金属制备中的应用受到普遍关注.首先介绍了脉冲电流和脉冲磁场在金属熔体中的电磁效应,然后重点介绍了电流、磁场、电磁力在金属熔体中的分布以及脉冲电磁场对熔体流动的影响,最后简要介绍了脉冲电磁场在金属洁净化和细晶化方面的研究与工业应用.     

电磁场作用中近液相线铸造ZL201合金的组织及其机理

以ZL201合金为研究对象,采用降低浇铸温度同时施加电磁场的模铸工艺,研究了ZL201合金的凝固组织及组织细化机理.结果表明:在液相线温度附近施加电磁场,合金组织为均匀、细小非枝晶组织;随着电流增大和冷却增强,组织细小、均匀的趋势增强;低过热度浇铸时,临界晶核半径减小,此时在电磁场作用下,熔体的温度梯度降低,促进了准固相原子团簇在熔体中的形成,形核率增大,组织细小、均匀.凝固初期,由于电磁场作用使溶质分布均匀,熔体中晶核向各方向的长大速率趋于一致,晶粒以近球形长大.     

喷流式感应体熔沟内金属熔体流动数值仿真

基于电磁流体力学和电磁感应现象,对喷流式感应体熔沟内金属熔体的电磁场和流场进行数值模拟,并进行试验验证.结果表明,在熔沟旋转磁场作用下,金属熔体存在沿熔沟轴线的流动及熔沟进出口处二次环流;金属熔体表面磁感应强度与电流频率成反比,与输入电压成正比;金属熔体所受到电磁力最大值与磁感应强度的平方成正比,与频率成反比;金属熔体沿熔沟轴线流动的平均流速与磁感应强度成正比,与金属熔体密度平方根成反比.     

高炉圆周方向焦炭非均-消耗条件下固体流研究

利用三维离散元法对5000m3高炉圆周方向风口回旋区焦炭非均一消耗条件下,炉内固体炉料的速度、应力分布以及炉墙和炉底的受力情况进行了分析.结果发现,炉口料面料层结构、炉料速度和应力以及炉墙炉底受力呈非对称性分布,死焦堆增高,且在其表面存在狭长的滑动粒子带.     

工业规模电渣重熔过程电磁场的数值模拟

建立了考虑集肤效应的工业规模电渣重熔过程电磁场数学模型,利用FLUENT对磁场强度实部和虚部的传输方程进行求解.分析了工频下电渣重熔过程电磁场的分布特征,并研究了电流频率和电极插入深度对电磁场的影响规律.结果表明:电流频率从0.5 Hz增加到60 Hz时,电极表面的电流密度从91 378 A/m~2增大到190 746 A/m~2;增大电流频率使磁场强度分布主要集中在电极和铸锭表面区域,渣金界面的洛伦兹力方向也会发生改变;在同功率条件下,增加电极的插入深度使远离电极端部的渣池区域中焦耳热密度增大,而电极端部附近渣池的焦耳热密度减小.     

电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟

建立了考虑电流集肤效应的三维电渣重熔电磁场和温度场数学模型,并采用电磁场和金属熔池形貌测量方法分别验证了数学模型的准确性,分析了电流频率和渣池厚度对电渣重熔过程电流密度、磁感应强度、电磁力、焦耳热、温度、熔池深度的影响规律.结果表明:随着电流频率增加,电极和钢锭表面电流集肤效应明显,渣池内部电流分布基本不变;电渣重熔系统内最大焦耳热位于平底电极与渣池接触角部,然而高温区位于渣池内部电极下方靠近渣金界面处.当渣池厚度从015m增加到021m,渣池中心轴线上最高温度从1826℃降低到1721℃,金属熔池深度从022m降低到016m.     

环缝式电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场的数值模拟

建立了环缝式电磁搅拌法制备半固态金属浆料系统电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对制浆系统内电磁场分布进行了数值模拟,分析了电流、频率、坩埚材质、冷却器材质和环缝宽度对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的实验验证. 研究结果表明:电磁场模拟结果与实验结果具有较好地一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性;系统电磁力主要分布于环缝内,提高了对合金熔体的搅拌强度;在相同的环缝宽度下,磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;同时选用不锈钢坩埚与石墨冷却器可以使环缝内铝合金熔体的磁感应强度获得最大;相同电流和频率条件下,磁感应强度随着环缝宽度减小而逐渐增大;相同搅拌功率条件下,环缝式电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织,平均晶粒尺寸较普通电磁搅拌法减小31%.     

电渣重熔过程渣池磁流体力学行为数值模拟

建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型,在考虑渣池内电磁力和热浮力对熔渣流动影响的基础上,分析了电渣重熔工艺(电极形貌、插入深度和电流强度)对渣池磁流体力学行为的影响规律.结果表明:当电磁力为主时,渣池内存在逆时针涡流;当热浮力为主时,渣池内存在顺时针涡流.电渣重熔电流5kA,频率50Hz,电极端部为平面时,渣池内同时存在逆时针和顺时针涡流,最大流速为005m/s;当电极端部为锥形时,渣池内部只存在顺时针涡流,最大流速为020m/s..增加电极插入深度和增大电流强度都会增强渣池内逆时针涡流;相反,则增强渣池内顺时针涡流.     

电渣重熔过程的数值模拟

以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象,建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明,在电极和钢锭内,电流主要集中在外表面,在渣池内主要集中在电极角部;由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响渣池内流场和温度场;随着熔速的增加,熔池深度和两相区最大宽度增加;本工况下,700~800kg/h的熔速将对应一个最短的局部凝固时间.     

薄板坯连轧过程中输送辊对带钢温度场的影响

采用有限元差分法对连铸连轧生产过程的带钢温度场进行模拟.计算中考虑了辐射、对流换热、轧制时与轧辊之间的热传导以及变形热和摩擦热.结果表明,输送辊对带钢温度场的影响相对较小,大约使钢体温度下降14~18℃;精轧前的过程上下表面温差比较大,能达到20~25℃;考虑了输送辊影响的温度场与实测值更相近,符合实际.     

电渣重熔过程中熔滴滴落的影响因素

采用VOF方法来追踪钢渣两相界面,磁流体力学模块(MHD)来加载电流、电压对电渣重熔过程中熔滴滴落行为进行数值模拟.结果表明:电渣重熔过程中自耗电极端部熔滴的数目随着充填比的增加而增多;熔滴的尺寸随着自耗电极端部形状和界面张力的增加而增大.然而,熔滴的尺寸和数量随着输入电流的增大而减小.而且一些尺寸较大的熔滴在滴落的过程中受到了电磁力、重力以及浮力等力作用被分裂成几个尺寸较小的熔滴.从自耗电极端部滴落的熔滴不具有对称性,从而导致了渣池的流场不对称性.     

微石英音叉陀螺激励与检测电极的研究

根据弹性力学和静电理论建立压电梁弯曲振动时晶体内电场分布的泊松方程,研究微石英音叉陀螺不同形式的激励与检测电极的性能,对泊松方程求解,得出了几种典型电极形式下压电梁内电场的分布表达式,计算驱动电极的等效体力和检测电极的压电电流。根据等效体力和压电电流的大小确定出了最佳驱动电极和检测电极的形式,给出了微石英音叉陀螺电极性能的研究方法。     

电磁分离技术制备过共晶Al-Si合金自生功能梯度材料

由于初生相与熔体的导电性差异，在通电熔体及外磁场作用下，初生相颗粒在熔体内受到某一方向的合力，从而在熔体中做有规律的运动．因此，适当地控制铸件凝固过程及初生相颗粒的移动速度，使初生相颗粒在铸件中呈现有规律分布，可以获得自生功能梯度材料．对初生相颗粒在熔体内受力及运动情况的分析结果表明：颗粒的大小、形状及浓度对颗粒的运动状态及速度都有很大的影响．用电磁分离技术成功制备了过共晶A1-25Si功能梯度材料试样，从试样一端到另一端初生Si颗粒的含量、尺寸和形状均呈现梯度的变化．     

双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

以双级串联电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了三维谐波电磁场数学模型,分析了其磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明:对于双电极电渣重熔系统,临近效应占据主导,这和单电极电渣重熔系统集肤效应占主导完全不同.电流密度主要集中在渣内上半部分及两对电极的内侧,并且只有总电流的1/5~1/4流经钢锭;焦耳热的最大值出现在渣中及电极底部内侧.参数研究还发现:当频率大于等于35 Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.     

电磁力与牛顿第三定律

通过对电磁力及牛顿第三定律的研究表明：两电荷之间的相互作用力并非作用力和反作用力，不属于牛顿第三定律的应用范畴，不能依此来判断牛顿第三定律是否成立，但是包括整个电磁场在内的封闭系统的动量依然是守恒的，这就间接地证明了涉及电磁力时牛顿第三定律仍然成立。