【摘要】：電渣重熔是在水冷結(jié)晶器中將自耗電極埋入熔渣中熔煉并凝固成鋼的方法,是非常復(fù)雜的冶金過(guò)程。電渣重熔過(guò)程中伴隨著電磁、溫度、流動(dòng)、傳熱以及凝固等復(fù)雜的物理化學(xué)變化。經(jīng)電渣重熔精煉后的鋼錠力學(xué)性能較好,使用壽命長(zhǎng),但電渣重熔過(guò)程消耗一定的電能。為了提高大型電渣鋼錠的凝固質(zhì)量并降低能耗,本文提出一種新的工藝思路,即振動(dòng)電極。振動(dòng)電極的意義在于更有效的實(shí)現(xiàn)電極和熔融渣液之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、增加傳熱能力,這是降低能耗、提高凝固質(zhì)量的有效方法。實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算表明,通過(guò)采用振動(dòng)電極,可以有效提高相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,并且振動(dòng)電極方法容易實(shí)現(xiàn)工程化,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本文主要研究豎直振動(dòng)與水平振動(dòng)的電極對(duì)電渣重熔過(guò)程的影響,并分析其隨振動(dòng)頻率及振幅的變化。本文主要研究的內(nèi)容是:(1)運(yùn)用有限體積法求解模型方程,實(shí)現(xiàn)電渣重熔過(guò)程中電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及凝固過(guò)程等多個(gè)物理場(chǎng)同步耦合計(jì)算;(2)分別計(jì)算電極在水平振動(dòng)以及豎直振動(dòng)的狀態(tài)下電渣重熔過(guò)程中各個(gè)物理場(chǎng)的分布狀況以及液滴的分布及大小,并與無(wú)振動(dòng)的情況進(jìn)行對(duì)比;(3)通過(guò)計(jì)算不同頻率與振幅下的水平及豎直振動(dòng)情況下的物理場(chǎng)的分布,來(lái)確定頻率、振幅等工藝參數(shù)對(duì)電渣重熔過(guò)程的影響。本課題研究結(jié)論:(1)振動(dòng)電極可以有效提高電極與熔融渣液之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而增加了渣池的傳熱能力,增大熔速。無(wú)論是豎直振動(dòng)還是水平振動(dòng)的狀態(tài),液滴滴落過(guò)程以及各物理場(chǎng)分布都會(huì)出現(xiàn)周期性的變化。水平振動(dòng)呈現(xiàn)左右變化,而豎直振動(dòng)液滴則出現(xiàn)從小變大再變小的過(guò)程。同時(shí)液滴變小,液滴數(shù)量增多,相當(dāng)于增加了熔渣與金屬間的反應(yīng)面積,增加了精煉效率;(2)無(wú)論是水平振動(dòng)還是豎直振動(dòng),增加振動(dòng)頻率、增大振動(dòng)幅度,都能夠有效增大電極與熔融渣液之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而使液滴變小,渣池中平均溫度梯度降低,熔池趨于淺平,渣池溫度變的相對(duì)均勻,有利于凝固;(3)與無(wú)振動(dòng)的情況相比,水平振動(dòng)的平均液滴直徑較小,渣池溫度較低,且熔池較淺;而豎直振動(dòng)液滴直徑較大,渣池溫度較高,熔池較深。在豎直振動(dòng)情況下,液滴直徑變大,且集中于渣池中心線附近,導(dǎo)致電流密度分布集中,不利于渣池溫度均勻化。
【圖文】：

主要特點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)控制凝固和化學(xué)精煉的方法使錠的質(zhì)量較原始的材逡逑料有很大提升。逡逑圖１．１表示的是一個(gè)典型的電渣重熔系統(tǒng)示意圖，如圖所示，將用普通的方逡逑法冶煉好的鋼錠作為電極，，在電極夾持裝置的支配下伸入到銅質(zhì)水冷結(jié)晶器中，逡逑將固態(tài)或液態(tài)熔渣（主要成分為ＣａＦ２和Ａ１２０３）放入其底部，這樣自耗電極、熔逡逑渣和底水箱便可以形成閉合回路。之后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電，當(dāng)接通電源時(shí)，逡逑電流就通過(guò)自耗電極流入液態(tài)熔渣。在整個(gè)回路中熔渣的電阻率要遠(yuǎn)大于自耗電逡逑極、鋼錠以及外部短網(wǎng)，因此在渣池中產(chǎn)生大量的焦耳熱，并在在渣池內(nèi)形成高逡逑溫區(qū)。浸入高溫區(qū)的電極逐漸被加熱并熔化形成熔滴，熔滴逐漸匯聚，當(dāng)成長(zhǎng)到逡逑一定大小的時(shí)候會(huì)在重力的作用下從電極端頭掉落，穿過(guò)淹池，掉落過(guò)程中在渣逡逑池內(nèi)與渣進(jìn)行一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，而后進(jìn)入金屬熔池。結(jié)晶器外圍通逡逑過(guò)循環(huán)水進(jìn)行冷卻

圖１．２振動(dòng)電極夾持裝置逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｈｏｌｄｉｎｇ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｖｉｂｒａｔｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑１．３．２研究的主要內(nèi)容逡逑本文主要采用單電極進(jìn)行研宄，以電渣重熔的電極、渣池和鋼錠為研究對(duì)象，逡逑運(yùn)用Ｆｌｕｅｎｔ中ＭＨＤ模型實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及凝固過(guò)程的耦合計(jì)算。逡逑電流自電極流入，經(jīng)電渣爐從結(jié)晶器底部流出，電流流經(jīng)渣池的過(guò)程中產(chǎn)生大量逡逑的焦耳熱，從而將電極熔化。計(jì)算過(guò)程中，將電磁場(chǎng)的焦耳熱結(jié)果作為內(nèi)熱源加逡逑入溫度場(chǎng)中、電磁力結(jié)果作為源項(xiàng)加入動(dòng)量方程中，同時(shí)，溫度場(chǎng)的分布與渣池逡逑內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)對(duì)電磁場(chǎng)結(jié)果的分布產(chǎn)生影響，這樣便可以實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)、流場(chǎng)、逡逑溫度場(chǎng)以及凝固過(guò)程的耦合。在計(jì)算的過(guò)程中，主要考慮單相單電極在不加振動(dòng)逡逑的狀態(tài)以及加豎直、水平兩種振動(dòng)狀態(tài)的情況，他們的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、熔池形逡逑狀、液滴狀態(tài)等分別有什么區(qū)別，同時(shí)每一組狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)研宄，比較振動(dòng)電極逡逑
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TF142

【參考文獻(xiàn)】

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