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电渣重熔体系内熔渣流场的数学模拟

魏季和 , 任永莉

金属学报

建立了电渣重熔体系内电磁力作用下熔体流场的数学模型,并将其应用于在结晶器直径为200mm的实验室装置上以CaF_2+30mass%Al_2O_3+20mass%CaO系熔渣进行的低碳低合金钢重熔过程(电极直径76mm,3000A(rms))。合理选取模型参数值,计算了电磁力作用下体系内渣池的流场。结果表明,在电磁力作用下,渣池内形成沿结晶器壁向上,经熔渣自由表面和电极端部锥面又沿体系对称轴向下流动的两个旋涡,最大流速区约位于渣池内体系对称轴中部,涡心基本上位于半渣池中央略偏左、右下方的区域。对一些假想工况下的情形作了模拟,考察了重熔电流、填充比和电极端部形状对重熔体系内渣池流场的影响。与一些物理模拟结果作了比较。

关键词: 电渣重熔 , flow field of slag bath , electromagnetically driven component , mathematical modelling

电渣重熔体系内磁场的数学模拟

魏季和 , 任永莉

金属学报

基于Maxwell方程组及有关的电磁场理论,提出了更切合实际情况的电渣重熔体系内磁场的数学模型,并应用于结晶器直径200mm的实验室重熔装置.对直径76mm低碳低合金钢电极的重熔过程(3000A(有效值),CaF2+30mass%Al2O3+20mass%CaO渣系),结果表明,磁场强度的幅模在电极内沿端部锥体形成方向不断增大,至接近锥顶处达最大值,约为2.6×104A/m,此后在渣池、锭子熔池、液固两相区和固态锭子内沿轴向向下逐渐减小;沿半径方向,在电极和渣池内呈现一峰值,在液、固金属区内则单调增大至边界条件限定值.对在直径140mm的结晶器中以直径80mm的电极和CaF2+CaO+Al2O3+MgO渣系生产高速钢(M2)锭的过程,以该模型估计的重熔体系渣池和金属熔池内磁场强度(幅模)的大小和分布与实测结果较相吻合.该模型可作为研究电渣重熔体系内熔体流动,传热和传质过程的基础.

关键词: 电渣重熔 , magnetic field , mathematic simulation , null

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