单电源双回路导电结晶器电渣重熔镍基合金的物理及数值模拟

发布时间：2020-04-21 02:51

【摘要】：镍基合金因其具有良好的抗氧化、抗腐蚀等方面的优异性能,被广泛的运用于海洋、环保、能源、化工和食品等领域。随着经济和社会的发展,电力、石油、化工和船舶等行业不断向大型化发展,对其中所应用的镍基合金部件提出了大型化的需求。而镍基合金的两相区温度区间很大,成分很容易出现偏析。单电源双回路导电结晶器电渣重熔具有两条电流回路,可以调节渣池的流场分布,改善渣池的温度场分布,有利于得到浅平状的金属熔池,改善钢锭的凝固质量。本文进行了单电源双回路导电结晶器的物理模拟和数值模拟。物理模拟利用相似原理,对不同自耗电极直径和电极插入深度时单电源双回路导电结晶器的电流分配进行了研究。研究表明当充填比为0.6,电极插入深度为14mm、17mm、20mm时,I自耗电极/I导电结晶器几乎保持在1.13左右。当电极插入深度为20 mm时,随着充填比从0.5增加到0.6,再增加至0.7,I自耗电极/I导电结晶器从1.683增加到1.741,再增加至2.227。数值模拟建立了单电源双回路导电结晶器和传统电渣重熔镍基合金的数学模型,对重熔体系的电磁场、流场、温度场进行了对比。并分析了电极插入深度、渣池深度、供电制度、导电结晶器浸入深度、电极直径等工艺参数对单电源双回路导电结晶器电渣重熔镍基合金的影响。由单电源双回路导电结晶器和传统电渣重熔对比知,单电源双回路导电结晶器电渣重熔导电结晶器下端部具有较大的电位梯度、电流密度、焦耳热和电磁力,而且均比传统电渣重熔要大得多:双回路的最大电流密度可达到1.05×106 A·m-2;其他部位焦耳热的梯度很小;电磁力最大值可达5960N·m-3且方向是向上;渣池中存在3个明显的漩涡,靠近导电结晶器下侧的漩涡成顺时针方向旋转,靠近中心轴线和自耗电极侧面的漩涡成逆时针方向旋转。流场的最大值出现在导电体结晶器端部区域,最大值为0.0432m·s-1;渣池的高温区在渣金界面中心处,温度的最大值为2300 K。金属熔池最大深度为66 mm,两相区的宽度为17 mm,作出渣金界面1/4处与金属熔池交点的切线,与水平面的夹角为 32°。不同工艺参数的结果表明:随着电极插入深度的增加,渣池的最大流速逐渐减小,渣池的最高温度逐渐增加,金属熔池逐渐变深;随着渣池深度的增加,渣池的最大流速逐渐减小,渣池的最高温度逐渐减小,金属熔池逐渐变浅;随着电压的升高,金属熔池逐渐变深;随着电极直径的增加,渣池的最大流速逐渐减小,金属熔池形状变的平缓。
【图文】：

较高强度和良好抗氧化、抗腐蚀等综合性能的一类、石油、化工、能源等极端苛刻环境中［“３］。近年来镍基合金，石油行业的发展需要较长的耐蚀钻探管大量的镍基合金。中国现已成为镍基合金消费较多展，国内对镍基合金的需求仍将日渐增大。尤其是生产规模远远无法满足镍及镍基合金消费市场的技术出现后，由于其对易氧化元素烧损及合金中气了广泛的运用，，成为了冶炼镍基合金的一种重要的真空感应熔炼加电渣重熔工艺，电渣重熔在镍基合￣逡逑

２．１．１基本原理逡逑电渣重熔［４］是把通过普通冶炼方法冶炼而成的钢进行再次精炼的冶炼工艺。其结构逡逑示意图如图２．１所示，包括以下几部分：逡逑Ｆｕｍｅ邋Ｅｚｈｓｕａｌ逦？逦？邋ＡＣ逡逑Ｒ＊ｍ逦Ｐｏｗ？ｒ逡逑叫＇（ｇ）邋｜逦弘州逡逑ｉＩ逦ｉ邋曗？逡逑ｉ邋ｓ一逡逑；ＨＨ邋；逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邋＿逡逑Ｃｏｐｐｅｒ邋Ｃｒｖｃ？ｂｌ？逦＾邋＼逡逑Ｗｆｒ邋Ｊａｃ＊ｔｅｔ逡逑Ｍｏｌｔｅｎ邋Ｓｌａｇ邋＿逡逑Ｍｏｔｔｅｎ邋Ｐｏｃ＜邋＇邋一逡逑洲响ｔ邋：逦ＳｔＨＫ，ＯｌｆＰ．，Ｕ逡逑逦逦１逦／邋Ｗａｔｅｒ邋Ｃｏｏｌｅｄ逡逑Ｗａｔ＊ｒ邋Ｉｎ逦／邋Ｐａ—邋Ｐ？ａｔｅ逡逑■邋ｑ邋？邋－逦＇邋＇逦＇邋＇邋＂逦■逡逑图２．１电渣重熔原理图逡
【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】

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本文编号：2635273