【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,是非常復雜的冶金過程。電渣重熔過程中伴隨著電磁、溫度、流動、傳熱以及凝固等復雜的物理化學變化。經(jīng)電渣重熔精煉后的鋼錠力學性能較好,使用壽命長,但電渣重熔過程消耗一定的電能。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,即振動電極。振動電極的意義在于更有效的實現(xiàn)電極和熔融渣液之間的相對運動、增加傳熱能力,這是降低能耗、提高凝固質(zhì)量的有效方法。實驗與理論計算表明,通過采用振動電極,可以有效提高相對運動速度,并且振動電極方法容易實現(xiàn)工程化,具有較強的實用性。本文主要研究豎直振動與水平振動的電極對電渣重熔過程的影響,并分析其隨振動頻率及振幅的變化。本文主要研究的內(nèi)容是:(1)運用有限體積法求解模型方程,實現(xiàn)電渣重熔過程中電磁場、溫度場、流場以及凝固過程等多個物理場同步耦合計算;(2)分別計算電極在水平振動以及豎直振動的狀態(tài)下電渣重熔過程中各個物理場的分布狀況以及液滴的分布及大小,并與無振動的情況進行對比;(3)通過計算不同頻率與振幅下的水平及豎直振動情況下的物理場的分布,來確定頻率、振幅等工藝參數(shù)對電渣重熔過程的影響。本課題研究結(jié)論:(1)振動電極可以有效提高電極與熔融渣液之間的相對運動,從而增加了渣池的傳熱能力,增大熔速。無論是豎直振動還是水平振動的狀態(tài),液滴滴落過程以及各物理場分布都會出現(xiàn)周期性的變化。水平振動呈現(xiàn)左右變化,而豎直振動液滴則出現(xiàn)從小變大再變小的過程。同時液滴變小,液滴數(shù)量增多,相當于增加了熔渣與金屬間的反應面積,增加了精煉效率;(2)無論是水平振動還是豎直振動,增加振動頻率、增大振動幅度,都能夠有效增大電極與熔融渣液之間的相對運動,從而使液滴變小,渣池中平均溫度梯度降低,熔池趨于淺平,渣池溫度變的相對均勻,有利于凝固;(3)與無振動的情況相比,水平振動的平均液滴直徑較小,渣池溫度較低,且熔池較淺;而豎直振動液滴直徑較大,渣池溫度較高,熔池較深。在豎直振動情況下,液滴直徑變大,且集中于渣池中心線附近,導致電流密度分布集中,不利于渣池溫度均勻化。
【圖文】：

主要特點是生產(chǎn)過程中通過控制凝固和化學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，對整個系統(tǒng)進行供電，當接通電源時，逡逑電流就通過自耗電極流入液態(tài)熔渣。在整個回路中熔渣的電阻率要遠大于自耗電逡逑極、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，當成長到逡逑一定大小的時候會在重力的作用下從電極端頭掉落，穿過淹池，掉落過程中在渣逡逑池內(nèi)與渣進行一系列復雜的物理、化學反應，而后進入金屬熔池。結(jié)晶器外圍通逡逑過循環(huán)水進行冷卻

圖１．２振動電極夾持裝置逡逑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行研宄，以電渣重熔的電極、渣池和鋼錠為研究對象，逡逑運用Ｆｌｕｅｎｔ中ＭＨＤ模型實現(xiàn)電磁場、流場、溫度場以及凝固過程的耦合計算。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)渣池的過程中產(chǎn)生大量逡逑的焦耳熱，從而將電極熔化。計算過程中，將電磁場的焦耳熱結(jié)果作為內(nèi)熱源加逡逑入溫度場中、電磁力結(jié)果作為源項加入動量方程中，同時，溫度場的分布與渣池逡逑內(nèi)的流動狀態(tài)也會對電磁場結(jié)果的分布產(chǎn)生影響，這樣便可以實現(xiàn)電磁場、流場、逡逑溫度場以及凝固過程的耦合。在計算的過程中，主要考慮單相單電極在不加振動逡逑的狀態(tài)以及加豎直、水平兩種振動狀態(tài)的情況，他們的溫度場、速度場、熔池形逡逑狀、液滴狀態(tài)等分別有什么區(qū)別，同時每一組狀態(tài)進行參數(shù)研宄，比較振動電極逡逑
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TF142

【參考文獻】

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1 李正邦;;電渣冶金的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及趨勢[J];材料與冶金學報;2011年S1期

2 王芳;李寶寬;;電渣重熔過程中的電磁場和Joule熱分析[J];金屬學報;2010年07期

3 姜周華;李正邦;;電渣冶金技術(shù)的最新發(fā)展趨勢[J];特殊鋼;2009年06期

4 董艷伍;姜周華;肖志新;李正邦;;電渣重熔工藝參數(shù)對鋼錠凝固質(zhì)量的影響[J];東北大學學報(自然科學版);2009年11期

5 羅麗萍;耿茂鵬;徐萬里;唐建軍;張偉;;基于ANSYS軋輥表面電渣加熱渣池熱電場模擬研究[J];鑄造;2009年04期

6 白海軍;厲英;李寶寬;;電磁攪拌對電渣重熔鋼錠溫度場的影響[J];特殊鋼;2008年01期

7 臧喜民;姜周華;潘鐵毅;;電渣連鑄小方坯內(nèi)部質(zhì)量研究[J];鑄造;2007年09期

8 臧喜民;黃曉穎;姜周華;龔偉;梁連科;;電渣連鑄小方坯表面質(zhì)量的影響因素[J];特殊鋼;2006年05期

9 王安國;張廷安;豆志河;;電渣熔鑄過程渣池電場溫度場的ANSYS有限元分析[J];過程工程學報;2006年S1期

10 臧喜民;姜周華;張?zhí)毂?王湘平;;電渣連鑄技術(shù)的開發(fā)[J];中國冶金;2006年03期

本文編號：2613217