振动电极电渣重熔过程多物理场和凝固过程研究

发布时间：2020-04-03 09:52

【摘要】：电渣重熔是在水冷结晶器中将自耗电极埋入熔渣中熔炼并凝固成钢的方法,是非常复杂的冶金过程。电渣重熔过程中伴随着电磁、温度、流动、传热以及凝固等复杂的物理化学变化。经电渣重熔精炼后的钢锭力学性能较好,使用寿命长,但电渣重熔过程消耗一定的电能。为了提高大型电渣钢锭的凝固质量并降低能耗,本文提出一种新的工艺思路,即振动电极。振动电极的意义在于更有效的实现电极和熔融渣液之间的相对运动、增加传热能力,这是降低能耗、提高凝固质量的有效方法。实验与理论计算表明,通过采用振动电极,可以有效提高相对运动速度,并且振动电极方法容易实现工程化,具有较强的实用性。本文主要研究竖直振动与水平振动的电极对电渣重熔过程的影响,并分析其随振动频率及振幅的变化。本文主要研究的内容是:(1)运用有限体积法求解模型方程,实现电渣重熔过程中电磁场、温度场、流场以及凝固过程等多个物理场同步耦合计算;(2)分别计算电极在水平振动以及竖直振动的状态下电渣重熔过程中各个物理场的分布状况以及液滴的分布及大小,并与无振动的情况进行对比;(3)通过计算不同频率与振幅下的水平及竖直振动情况下的物理场的分布,来确定频率、振幅等工艺参数对电渣重熔过程的影响。本课题研究结论:(1)振动电极可以有效提高电极与熔融渣液之间的相对运动,从而增加了渣池的传热能力,增大熔速。无论是竖直振动还是水平振动的状态,液滴滴落过程以及各物理场分布都会出现周期性的变化。水平振动呈现左右变化,而竖直振动液滴则出现从小变大再变小的过程。同时液滴变小,液滴数量增多,相当于增加了熔渣与金属间的反应面积,增加了精炼效率;(2)无论是水平振动还是竖直振动,增加振动频率、增大振动幅度,都能够有效增大电极与熔融渣液之间的相对运动,从而使液滴变小,渣池中平均温度梯度降低,熔池趋于浅平,渣池温度变的相对均匀,有利于凝固;(3)与无振动的情况相比,水平振动的平均液滴直径较小,渣池温度较低,且熔池较浅;而竖直振动液滴直径较大,渣池温度较高,熔池较深。在竖直振动情况下,液滴直径变大,且集中于渣池中心线附近,导致电流密度分布集中,不利于渣池温度均匀化。
【图文】：

示意图,电渣重熔,速调,示意图

主要特点是生产过程中通过控制凝固和化学精炼的方法使锭的质量较原始的材逡逑料有很大提升。逡逑图１．１表示的是一个典型的电渣重熔系统示意图，如图所示，将用普通的方逡逑法冶炼好的钢锭作为电极，，在电极夹持装置的支配下伸入到铜质水冷结晶器中，逡逑将固态或液态熔渣（主要成分为ＣａＦ２和Ａ１２０３）放入其底部，这样自耗电极、熔逡逑渣和底水箱便可以形成闭合回路。之后，对整个系统进行供电，当接通电源时，逡逑电流就通过自耗电极流入液态熔渣。在整个回路中熔渣的电阻率要远大于自耗电逡逑极、钢锭以及外部短网，因此在渣池中产生大量的焦耳热，并在在渣池内形成高逡逑温区。浸入高温区的电极逐渐被加热并熔化形成熔滴，熔滴逐渐汇聚，当成长到逡逑一定大小的时候会在重力的作用下从电极端头掉落，穿过淹池，掉落过程中在渣逡逑池内与渣进行一系列复杂的物理、化学反应，而后进入金属熔池。结晶器外围通逡逑过循环水进行冷却

电极夹,主要内容,渣池,温度场

图１．２振动电极夹持装置逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｈｏｌｄｉｎｇ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｖｉｂｒａｔｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑１．３．２研究的主要内容逡逑本文主要采用单电极进行研宄，以电渣重熔的电极、渣池和钢锭为研究对象，逡逑运用Ｆｌｕｅｎｔ中ＭＨＤ模型实现电磁场、流场、温度场以及凝固过程的耦合计算。逡逑电流自电极流入，经电渣炉从结晶器底部流出，电流流经渣池的过程中产生大量逡逑的焦耳热，从而将电极熔化。计算过程中，将电磁场的焦耳热结果作为内热源加逡逑入温度场中、电磁力结果作为源项加入动量方程中，同时，温度场的分布与渣池逡逑内的流动状态也会对电磁场结果的分布产生影响，这样便可以实现电磁场、流场、逡逑温度场以及凝固过程的耦合。在计算的过程中，主要考虑单相单电极在不加振动逡逑的状态以及加竖直、水平两种振动状态的情况，他们的温度场、速度场、熔池形逡逑状、液滴状态等分别有什么区别，同时每一组状态进行参数研宄，比较振动电极逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF142

【参考文献】