电渣重熔工艺中渣金两相流动、传热及凝固的研究

论文摘要

电渣重熔过程是一种消耗金属电极再重熔的过程。通过控制重熔过程中的凝固和化学反应,生产比原材料更高质量的钢锭。电渣重熔被许多行业用来生产高性能的钢锭。例如,化工、航空航天、运输、军工和机械等部门。电渣重熔过程包含电磁、流动、传热和相变等各种复杂的物理过程。电渣重熔的基本过程为:在电极和水冷壁间通过电流,由于电渣的电阻率较高产生大量焦耳热,使得渣产生高温,电极不断的被熔化,熔化的液滴穿过渣层进入金属熔池从而形成了新的钢锭,并拥有更好的结构和组成。本文利用计算流体力学方法对电渣重熔的渣池、钢液和钢锭进行了耦合数值模拟。通过数值模拟,得到了电渣重熔过程中的温度场分布、流场分布以及其中的凝固情况。并在此基础之上,通过改变熔速和冷却条件来查看其对电渣重熔结果的影响,并在不同的截面进行了温度和液相率的仔细分析。有许多关于电渣重熔数值模拟计算的文章,有只分析电磁现象的,也有分析流动和传热的,或者只分析一个区域的。本文的计算是基于轴对称稳定条件下长钢锭的模拟,对电渣重熔过程中的渣相和金属相流动、传热以及相变进行了一个综合的模拟计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 电渣重熔概述
• 1.1.1 电渣重熔过程的基本原理及其特点
• 1.1.2 电渣重熔的产生及应用状况
• 1.1.3 我国电渣重熔的发展历程
• 1.2 电渣冶金工艺及未来
• 1.2.1 电渣热封顶
• 1.2.2 电渣离心浇注
• 1.2.3 电渣连铸技术
• 1.2.4 电渣复合轧辊技术
• 1.2.5 导电结晶器技术
• 1.3 电渣重熔过程数值模型研究进展
• 1.4 课题研究的内容和意义
• 1.4.1 本研究的意义
• 1.4.2 本文的研究内容和目的
• 第二章 数值模拟基础
• 2.1 计算流体动力学介绍
• 2.1.1 数值模拟方法和分类
• 2.1.2 数值模拟的基本步骤
• 2.2 FLUENT软件简介
• 2.2.1 FLUENT概述
• 2.2.2 FLUENT组成
• 2.2.3 FLUENT的功能及特点
• 2.3 基本控制方程
• 2.3.1 质量守恒方程
• 2.3.2 动量守恒方程
• 2.3.3 能量守恒方程
• 2.3.4 湍流方程
• 2.3.5 标准两方程模型
• 第三章 电渣重熔凝固过程数学模型
• 3.1 电渣重熔过程的特点
• 3.2 模型的选择
• 3.3 几何模型的建立
• 3.4 网格划分
• 3.4.1 网格类型
• 3.4.2 网格单元的分类
• 3.4.3 本文网格划分
• 3.5 物性参数
• 3.6 控制方程的建立
• 3.6.1 基本假设
• 3.6.2 流场控制方程
• 3.7 初始条件和边界条件
• 3.7.1 边界条件
• 3.7.2 初始条件
• 3.8 求解方法的设置
• 3.8.1 离散格式的设置
• 3.8.2 多相流的设置
• 3.8.3 欠松弛因子的设置
• 第四章 模拟结果及分析
• 4.1 电渣重熔温度场分布
• 4.2 电渣重熔凝固场
• 4.3 电渣重熔速度场
• 4.4 熔速对电渣重熔的影响
• 4.5 冷却条件对电渣重熔的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢