电渣重熔过程的可视化动态模拟系统研究与开发

论文摘要

电渣重熔技术是一种对金属进行二次精炼的技术。获得优质的钢锭是电渣重熔的目的所在,因此必须控制电极的熔化速度和钢锭的凝固过程。本论文研究电渣重熔的两大核心过程,以45钢为研究对象,进行可视化动态模拟系统的研究和开发。对于电极熔化模型,本文在假设电极为半无限轴的基础上,建立电极微元体的热平衡方程式,求出龟极表面热损,渣池通过电极的热损。并在此基础上建立电极熔化端部的热平衡式,求得电极熔化速度,进行电极熔化过程的可视化模拟及相关因素线图绘制,找出提高电极熔化速度、降低电耗的方法。为了研究凝固过程对钢锭质量的影响,建立了电渣重熔过程钢锭凝固过程动态快速响应数学模型,利用有限差分的控制容积积分法离散数学模型方程,采用附加源项法处理边界条件,通过Gauss-Seidel方法解决非线性模型方程快速迭代收敛问题,应用该模型通过自编程序动态模拟钢锭凝固温度场及金属熔池形状,针对45钢凝固过程动态温度分布及熔池形状进行了结果分析。本文采用的研究方法为目前国内铸造行业研究的热点,为电极熔速的控制和钢锭凝固过程温度控制、结晶器设计等提供了科学依据,对实际生产工程有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题相关技术国内外发展动态
• 1.1.1 电渣重熔技术发展历程及现状
• 1.1.2 电渣重熔体系热分布数学模型的发展
• 1.1.3 可视化动态模拟技术发展概述
• 1.2 课题研究的理论及实际意义
• 1.3 课题研究目的及主要工作
• 第2章 电极熔化过程模型的模拟计算
• 2.1 电极熔化的物理模型建立
• 2.2 电极熔化的数学模型建立
• 2.3 电极熔化过程可视化的实现
• 2.3.1 数据可视化
• 2.3.2 图表可视化
• 2.3.3 熔化过程仿真可视化
• 2.4 模拟结果与结论
• 2.4.1 模拟结果
• 2.4.2 结论
• 第3章 钢锭温度场的数值模拟计算
• 3.1 数值模拟的前处理
• 3.1.1 相关传热学概述
• 3.1.2 模拟条件初始化
• 3.1.3 钢锭模型的建立
• 3.1.4 边界条件
• 3.1.5 网格划分
• 3.1.6 材料热物性参数值
• 3.1.7 凝固潜热的处理
• 3.2 数值模拟的方法条件
• 3.2.1 有限差分理论概述
• 3.2.2 有限差分的求解过程
• 3.2.3 差分方程的稳定性、相容性和收敛性判断
• 3.3 本课题的数学模型及处理途径
• 3.4 数值模拟的有限差分法求解
• 3.4.1 控制方程的离散化
• 3.4.2 边界条件的离散化
• 3.5 数值模拟可视化的实现
• 3.6 数值模拟结果与结论
• 3.6.1 模拟结果及验证
• 3.6.2 结论
• 第4章 模拟系统开发及工程实现
• 4.1 软件工程
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 模拟软件工程化过程
• 4.2 程序与可视化研究方法
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 程序化
• 4.2.3 Visual C++语言
• 4.3 可视化模拟软件的可维护性
• 4.4 本课题模拟系统的开发流程及实现手段
• 4.4.1 开发流程的修订示意图
• 4.4.2 本课题系统的开发手段
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢