电磁搅拌对电渣重熔钢锭温度场的影响

建立了电磁搅拌条件下电渣重熔钢锭凝固过程数学模型。利用Visual Basic编程模拟分析了旋转电磁搅拌下15Mn钢的电渣重熔凝固过程,结果表明:未施加磁场时,模拟结果与实验结果较吻合;施加磁场时,电磁搅拌加强了钢液内部传热,熔池变平坦,有利于消除电渣锭宏观偏析和缩孔等缺陷,同时有利于晶核发展成等轴晶组织。     

矿热炉内镍铁还原过程电流密度分布与温度场的有限元分析

矿热电炉埋弧还原焙烧渣过程是利用"回转窑焙烧—电炉熔炼法"(RKEF法)冶炼镍铁合金工艺中的关键环节.本文建立了矿热炉熔炼镍铁过程中三维多物理场的数学模型,模型中采用Maxwell方程、Joule定律结合能量方程,对矿热炉内料层、渣层和产品层的一体化系统进行电磁行为和传热过程有限元分析.由于料层中电极下方坩埚区对熔炼过程有重要影响,在炉体建模时,建立比圆柱形更复杂的碗型坩埚区模型,采用结构化网格,使计算结果更接近生产实际.本研究着重分析了炉内电流密度分布规律,并且考查了电极直径、极心圆直径和炉膛高度对温度场分布的影响.结果表明:流经电弧时电流密度较高,成发散状,进入渣层后电流密度减小并重新分布;渣层和料层的交界区域为主要的产热区域;高温区集中在电极底端与坩埚区,料层内温度梯度大;渣内温度呈分层分布,纵向温度梯度大于径向温度梯度;镍铁层温度分布较为均匀;减小电极直径可以使炉内温度升高,但制约电极直径无限减小的因素是电极承载电流能力;减小炉体高度可以使炉内温度升高,但炉体高度也要受产量因素制约.     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟

对方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,分析了不同电流强度、电流频率、结晶器铜管以及结晶器内水套对电磁搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系,模拟结果与实测结果一致;并得出采用合适的电磁搅拌参数可以在结晶器内获得合理有效地电磁搅拌强度,从而可以更有效地改善铸坯的质量.     

二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响

在高拉速的薄板坯连铸过程中,增加等轴晶率对提升连铸坯凝固质量的提升至关重要。采用三相凝固模型对三维全尺寸薄板坯连铸过程中的流动模式和等轴晶率进行数值预测,分析了二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响。研究结果表明,高温钢液在漏斗型结晶器内迅速凝固,结晶器出口处的铸坯凝固率达37%。当采用恒定方向电磁搅拌时,熔池内部形成上下两个环流,两者被中间聚集的过热钢液分隔,上环流核心区钢液处于过冷状态。当采用换向电磁搅拌后,二冷区会形成四涡甚至五涡的流动模式。随着换向周期的增加,等轴晶率先增加后降低,换向周期为16 s时对等轴晶率提升最明显,相较于恒定方向搅拌提升了17%,并且等轴晶相分布更加均匀。     

底吹钢包内气／钢液／渣三相流模型及渣层行为的研究

建立了底吹钢包内气/钢液/渣三相流动数学模型,利用多相流动体积法(VOF)模拟了渣层运动行为.模型结果再现了底吹钢包内气/钢液/渣三相流动现象.当Ar气被吹进钢包时,在钢液内产生气泡,上升的气泡间歇地冲击并突破渣层,产生渣眼;同时,渣层发生波动,波动频率随着Ar气流量的增加而增加.参数研究显示:220t钢包底吹流量由100增加到300 L/min,渣眼直径由0.43增加到0.81m.计算的无量纲渣眼面积与文献中渣眼的实验结果很接近.Ar气喷吹期间,渣层发生重大的变形,近渣眼处的渣层变薄,近钢包壁处的渣层变厚.渣眼周围钢液流速很大,并导致部分渣滴卷入钢液中.     

中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度     

电渣重熔过程中熔滴形成与滴落过程的数值模拟

利用计算流体力学FLUENT软件中的磁流体动力学模块,建立了描述电渣重熔过程的多场耦合三维数学模型,对电渣重熔过程进行数值模拟,计算值与实验结果吻合较好,证明计算方法的可靠性. 模拟结果表明,随熔滴滴落过程进行,渣池的等效电阻逐渐减小,渣池内电流重新分配,直接影响电渣炉的电耗和生产率;电流密度、电磁力和速度的最大值都出现在大熔滴即将发生分离时,与电极开始熔化时相比,电流密度最大值增大近1个数量级,电磁力和速度场最大值分别增大2.5和4.7倍;而焦耳热和温度最大值出现在熔滴落入渣金界面时,分别增大174.7%和26.8%.     

结晶器喂钢带连铸坯凝固过程的数学模拟

利用旅行薄片微元体能量守恒原理,引入喂钢带相对速度参量,发展了连铸凝固旅行薄片数学模型.采用有限体积法,用Visual Basic语言独立编制源码模拟程序,并对一典型喂钢带的连铸工艺进行模拟分析,得到了连铸坯温度分布和喂进钢带凝固状态的曲线.结果证明,喂进钢带改变了结晶器内温度场的分布和传统的由表及里凝固方式,钢带在结晶器内先凝固后熔化,降低了钢水过热度和铸坯断面温度梯度,使得温度分布更有利于等轴晶结晶过程的进行,有利于铸坯断面形核率的提高.同时该模型也给出了钢带尺寸、拉速和过热度等参数对连铸坯凝固过程的影响.     

离心式通风机内稀疏气固两相流整机三维数值模拟

利用颗粒轨道模型对通风机内部稀疏气固两相流动进行了数值模拟,重点分析了最优工况下不同粒径粒子轨迹分布情况.模拟得到了不同直径的固体颗粒在风机中的运动轨迹,积尘分布.这些结果为研究风机磨损,延长使用寿命提供理论基础.