电渣重熔过程的数值模拟_刘福斌

第35卷第4期2014年4月东北大学学报(自然科学版)JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Vol．35，No．4Apr．2014

doi：10．3969/j．issn．1005－3026．2014．04．019

电渣重熔过程的数值模拟

刘福斌，陈

旭，姜周华，李

星

（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110819）

摘要：以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象，建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型．利用商业

软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场．计算结果表明，在电极和钢锭内，电流主要集中在外表面，在渣池内主要集中在电极角部；由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响700～800kg/h的熔速将渣池内流场和温度场；随着熔速的增加，熔池深度和两相区最大宽度增加；本工况下，对应一个最短的局部凝固时间．关

键

词：电渣重熔；电磁场；流场；温度场；局部凝固时间

文献标志码：A

文章编号：1005－3026（2014）04－0539－04

中图分类号：TP391

MathematicalModelingofElectroslagＲemeltingProcess

LIUFu-bin，CHENXu，JIANGZhou-hua，LIXing

（SchoolofMaterials＆Metallurgy，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China．Correspondingauthor：

LIUFu-bin，E-mail：liufb@smm．neu．edu．cn）

Abstract：Theelectrode-slagbath-ingotsystemwasstudied，anda3Dquasi-steadystate

mathematicalmodelwasdevelopedforsimulatingelectroslagremelting（ESＲ）process．ThecommercialsoftwareANSYSwasappliedtocalculatetheelectromagnetic，flowandtemperaturefieldsinESＲsystem．Thecalculationresultsshowedthatthecurrentisconfinedtothesurfaceofelectrode/ingotandthecornerofelectrodeinslagbath．Theflowfieldandtemperaturefieldareattributedtotheeffectsofelectromagneticforceandjouleheatingresultedfromcurrentdensitydistributionandcoolingcondition．Themetalpooldepthandmaximummushyzonewidthincreasewiththemeltingrate．Undertheconditionsforthisinvestigation，theminimumlocalsolidificationtime（LST）correspondsto700～800kg/hmeltingrate．

Keywords：electroslagremelting；electromagneticfield；flowfield；temperaturefield；localsolidificationtime

电渣重熔技术能尽可能地消除铸锭中的偏析、疏松及缩孔等缺陷，其产品具有纯净度高、结

［1］晶组织均匀致密、表面光洁等优点．因此，电渣重熔在高温合金、精密合金、模具钢和军工用钢等

场、金属熔池形状、局部凝固时间及冷却速度等，

进而可分析金属结晶取向、枝晶间距等．研究工艺参数对结晶质量的影响，实现通过改进工艺参数来控制钢锭的凝固质量．因而，冶金工作者为了弄

［2－7］

．清其变化过程做了许多研究工作

本文应用有限元软件ANSYS对工业电渣重熔的整个系统进行数值模拟，得到系统的电磁场、

高品质特殊钢领域具有不可取代的优势．

电渣重熔传输过程对于冶金反应、电极的熔化速度、合金锭的凝固质量有十分重要影响，并最终影响产品的质量和重熔技术指标．数学模型提供了有效的方式来进行分析、研究电渣重熔的耦合过程．利用数学模型计算出渣池和钢锭的温度

流场和温度场．并分析不同熔速下金属熔池形状和局部凝固时间，从而获得最佳的工艺参数匹配方式，为实际生产提供理论指导．

收稿日期：2013－06－24

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51204041）；国家高技术研究重点计划项目（2012AA03A502）；辽宁省高校创新团队支持

计划项目（LT20120008）．

作者简介：刘福斌（1978－），男，黑龙江佳木斯人，东北大学讲师，博士；姜周华（1963－），男，浙江萧山人，东北大学教授，博士生导师．

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