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.     

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.     

电渣重熔凝固过程的动态控制

本文建立了电渣重熔凝固过程的动态数学模型,根据该模型对重熔过程中的液态金属熔池深度进行恒值控制,计算出了控制过程中钢锭的局部凝固时间、枝晶前方的温度梯度与枝晶生长速度之比这两个凝固参数。探讨了从凝固参数内在变化的要求出发确定工艺曲线的方法。     

电渣重熔系统渣池发热分布的数学模型

根据电磁场理论,建立了计算电渣重熔系统渣池电位分布和局部发热密度分布的数学模型。通过实验确定了模型参数。计算结果与前人的实测结果基本吻合。在上述基础上,考察了渣成分及电参数对渣池发热分布的影响。     

电渣重熔过程渣皮组织和成分变化与渣池的关联性

电渣重熔过程渣皮存在明显的分层现象。本文对生产过程渣皮进行取样分析,揭示不同位置渣皮分层的组织结构和成分分布。结合激冷层的生成机制,提出以激冷层成分反映渣池成分的设想。通过同一支电渣锭生产过程不同位置(高度)渣皮的激冷层成分测定,得到冶炼过程渣池成分的变化规律。     

电渣重熔电极熔化过程模型

在假设电极为半无限轴的基础上,建立电极微元体热平衡方程式,求出电板表面热损,以及渣通过电极的热损。在此基础上,建立电极熔化端部热平衡式,求得电极熔化速度与电极截面面积,电极端面综合导热系数h_l,高温锥体渣温T_s的关系,最后找出提高电极熔化速度,降低电耗、提高生产率的途径。     

CrNiMoV钢电渣重熔过程中镁的控制

研究了电渣重熔过程中ＣｒＮｉＭｏＶ钢中镁含量的控制技术，结果表明：最佳的渣系为６２％ＣａｓＦ２－１０％Ａｌ２Ｏ－１２％ＣａＯ－１６％ＭｇＯ；脱氧剂加入量为１ｋｇ钢加入１．５ｇＣａＳｉ；采用较高镁含 电极和较主同的重熔电流有助于获得设计镁含量的重熔锭。     

电渣重熔用渣料烘烤过程的失重现象

在实验室条件下采用热重分析方法研究了电渣重熔用渣料在烘烤过程中的失重现象,分析了渣料中易水化成分含量与烘烤时间的关系,并重点研究了在渣料完全失重情况下,渣层厚度与烘烤时间、烘烤温度与烘烤时间之间的关系,并通过数值拟合方法建立了方程.结合固态热分解机理对实验过程进行了分析,烘烤初期热分解过程受晶核形成及长大控制,反应后期主要受扩散反应控制.实验结果将为现场渣料烘烤提供指导.     

电渣重熔渣系的热导率测定

本文应用非稳态热线法测定了电渣重熔用高氟二元渣(ANF-6)、低氟四元渣(20CaF_2-50Al_2O_3-20CaO-10MgO)、无氟三元渣(48CaO-48Al_2O_3-4MgO)在600℃和1000℃时的热导率。结果表明,上述三种渣系热导率随温度升高而增加,在600℃时,上述三种渣系的热导率分别为1.191,0.818,0.710W/m·K;在1000℃时,分别为1.483,0.981,0.804W/m·K。在同一温度下,渣系的热导率随渣中CaF_2含量减少及CaO、Al_2O_3含量增加而降低。     

电渣重熔中脱氧剂种类影响炉渣脱氧的热力学分析

以工业纯铁为研究对象,熔渣-金属中各个组元间的热力学平衡反应和质量守恒为基础,计算了不同的脱氧剂添加量下钢中的Si,Al的平衡质量分数,建立了脱氧剂Al,CaSi,CaSiBa的脱氧热力学模型.结果表明:基于本模型对多种脱氧剂进行的研究能够符合实验结果,在采用Al,CaSi,CaSiBa脱氧时,渣中FeO质量分数分别能降低到0.04%,0.08%,0.08%,铝脱氧可以使得熔渣中氧势降到最低,且渣中Al2O3由于脱氧而增加的量相对于原始质量分数变化幅度较小,与CaSi,CaSiBa相比具有良好的氧势控制能力.     

电渣重熔用CaO-Al_2O_3-SiO_2三元无氟渣系的研究

根据电渣重熔工艺要求和渣相平衡的特点,提出电渣重熔用渣化学组成的设计原则。据此原则,研究了CaO-Al_2O_3-SiO_2,三元系中8个共晶组成和二个同分化合物的性质,测定了其电导率和导热系数。根据其性质和电渣重熔实验,从中选出了两个适于电渣重熔用无氟渣系,其共晶组成(wt％):49.5％CaO-43.7％Al_2O_3-6.8％SiO_2和52.0％CaO-41.2％Al_2O_3-6.8％SiO_2。工业实验表明,其冶金性能与ANF-6渣相当,而电耗可降低30％,从根本上消除了氟化物对环境的污染。     

电渣重熔用无氟渣系设计中的一些问题

根据电渣重熔过程渣池-渣壳间平衡关系的特点,以相图为工具,讨论了国外无氟渣系设计中的一些问题,指出无氟渣的理想组成首先应考虑所形成的共晶或同份化合物的组成。     

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.     

长坑均热炉内流场的研究——物理与数学模拟

以数学和物理模型的方法对长坑均热炉内的流动场进行了研究。根据中国的实际生产条件,提出了提升烟道口的改进方案。模拟实验表明:新方案可以提高炉膛下部的压力,使炉长方向压力分布趋于均匀。并有可能改善炉内的热交换条件,实现钢锭的均匀加热。     

电渣重熔过程钢中氧含量预测及控制

为降低电渣钢锭中的总w_○O,建立了预测界面传质速率的同步反应热-动力学模型,对电渣重熔过程的氧传递行为与电磁-流动-传热-传质进行耦合分析,并提出钢液中w_○O的控制方法.结果表明,随重熔过程的进行,熔渣中w_○FeO和钢液中w_○O均升高,呈现重熔前期“脱氧”、后期“增氧”的现象,渣池-电极端部和渣池-金属熔滴界面是w_○O升高的主要位置.当电流为1200~1800A时,熔炼相同长度电极时的钢液中w_○O从82.4×10^-6降低到70.6×10^-6;采用惰性气体保护,使钢液中w_○O从78.7×10^-6降低到15.3×10^-6;使用70% CaF₂+30% Al₂O₃渣系控制钢液中w_○O的效果最佳,低w_○Al2O3的渣系有利于降低钢液中w_○O.     

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.     

基于有限元电磁场分析的电渣炉结构优化

基于有限元软件,采用数值模拟的方法研究了电渣炉重熔期大电流导体产生磁场的空间分布规律.计算结果表明,磁感应强度在电极表面的分布在单导线返回电流时最大相差35.22%,双导线返回电流时最大相差13.26%,四导线返回电流时最大相差5.8%;这种磁感应强度的差别导致电极表面产生的涡流密度不均匀,进而影响电极熔化速率.从磁场对重熔工艺产生影响的角度来考虑,采用结构对称炉型可较大地减少磁场对工艺的不利影响,减少熔池内搅拌力不均匀等不利因素.分析指出,为了减少电抗造成的电能损失,消除散磁,降低电流的搅拌作用,防止出现点状偏析,同轴设计电路(同轴导电立柱、同轴电缆)将会成为电渣炉今后的发展方向.