三相电极电渣重熔过程温度场与流场研究

基于有限体积法发展了三相电极电渣重熔过程的瞬态多场耦合数学模型.通过简化麦克斯韦方程组得到适用于电渣重熔体系的电磁场输运方程,计算出了洛伦兹力和焦耳热的分布,并将两者分别耦合到动量与能量方程中.同时采用RNG k-ε湍流模型计算湍流粘度,通过自定义函数描述电极的集肤效应.研究结果表明:焦耳热主要集中在渣池内,其最大值在电极底部内侧与渣的交界处.渣池内温度较高,分布比较均匀,温度的最大值出现在三根电极中心的渣层区域.渣池内的流动由重力、洛伦兹力和浮升力引起的.三电极的金属熔池是一个U型剖面,相较于单电极的V型金属熔池剖面更浅、更平缓.     

现代电渣重熔先进技术特征与演进

 电渣重熔是制备高端特殊钢和合金的关键冶炼工艺,在铸锭质量和成材率方面优势明显。随着中国装备制造业的快速发展,对所用钢及合金的质量和性能要求不断提高,而传统电渣重熔技术面临电耗高、产品质量稳定性差等问题。现代电渣冶金技术的发展核心在于浅平熔池形状的稳定控制和杂质元素的高效去除,目标是更高洁净度、更高凝固质量和更高生产效率。为了让国内冶金工作者了解目前电渣重熔技术的最新发展动态,助力中国电渣冶金技术的开发和应用,综述了近年来国内外相继涌现的先进技术与理论,分析了国内外在相关技术的应用特征和演进方向。中国在电渣炉设备制造、气体保护电渣重熔技术、同轴供电技术和结晶器导电技术方面基本与国际先进水平同步,但尚未形成完善可靠的渣系配置理论、精炼过程的热力学及动力学理论,较国外仍有差距,这已成为限制电渣产品质量提升的主要因素之一。低频电源技术、真空电渣重熔技术和旋转电极电渣重熔技术具有极高的工业化应用前景,需要进一步明确其对工艺过程和产品质量的影响规律。摆动控制已成为国际先进电渣企业的主流控制技术,却是中国电渣炉设备制造的短板,借助在线检测和模拟仿真技术的恒熔池形状控制技术是中国电渣冶金控制技术的发展方向。     

旋转电极电渣重熔过程电极熔速的理论解析

摘要：旋转电极电渣重熔通过改变结晶器内熔体的流动和传热规律,增强了渣池与电极间的对流换热,在提高电极熔化速率和生产效率方面具有巨大潜力。提出了电渣重熔过程电极熔化速率的求解方法,并考虑了电极旋转时的强制对流,基于多物理场耦合模型预测了电极直径、转速对电极熔化速率的影响规律。结果表明,随着转速提高,金属液滴由从电极中心滴落向电极边缘滴落转变,高温区由渣池外侧向渣池中心移动。当转速从0增大至90r/min,55mm直径电极的熔化速率从7.90g/s增大至9.68g/s,对比固定电极,转速为90r/min时,生产效率最多提高了22.5%;进一步增大转速,电极熔化速率反而减小。存在一个最佳转速可使熔化速率达到最大,且该最佳转速随着电极直径的增大而减小。     

输油管道梁式直跨段弯管处应力的数值计算

在长输埋地管道的施工中, 由于地形复杂多变, 弯管被广泛应用于管路系统当中。因为弯管具有特殊的形状和结构形式, 所以弯管不但可以改变管道的轴线方向, 而且增加管线的柔性。但是, 在特殊的环境条件下,弯管往往是管路系统中应力集中的部位, 在一定的条件下会引起塑性变形, 给管道的安全运行带来隐患。应用有限 元分析软件, 对埋地输油管道的特殊点处( 弯管) 的应力进行了数值计算与分析, 得到了埋地输油管道在管路穿越段局部承受径向压力载荷时弯管处 V o nM i s e s应力分布规律, 以及当载荷长度、 弯管角度和曲率半径对弯管所受应力的影响规律。     

电渣重熔H13模具钢过程碳偏析的模拟研究

宏观偏析现象普遍存在于电渣重熔钢锭中，严重影响钢锭的均质性和凝固质量。建立了电渣重熔H13模具钢的三维瞬态耦合模型，对碳偏析现象进行模拟研究，并考虑合金元素间的相互影响。采用各向异性多孔介质模型模拟糊状区的动量衰减，Lever算法计算溶质再分配行为。模拟结果表明，碳元素富集在熔池底部，且随钢锭凝固而增多。重熔钢锭底部和边缘呈负偏析，中心和上部呈正偏析。在其他初始元素一定时，硅初始质量分数由0.8wt%增大至1.2wt%，碳元素正偏析指数增大了8.57%；钼初始质量分数由1.1wt%增大至1.75wt%，碳元素正偏析指数下降了1.89%，并且增加硅、钼元素初始质量分数可以使碳元素分布变得更为均匀；工作电流由3700 A降低至3100 A，重熔钢锭碳含量正偏析指数由0.0856降到0.0837，下降2.22%。     

射流搅拌流场的数值模拟分析

喷射搅拌器广泛应用于油品储罐内的调和,喷嘴入射角度和入射速度对搅拌效果有很大影响。应用计算流体软件并根据标准k ε湍流模型与 SIMPLE算法,采用单因素敏感分析法分别对喷嘴的喷射角度、喷嘴直径及入射速度的射流流场速度分布进行数值模拟分析。结果表明：喷射距离随直径的增加而加大,随速度的增加而增大,在15~60°的角度范围内,随入射角度的增加先增大后减少;储罐内的速度流场分布随直径的增加先减少后增加,随速度的增加而增加,随入射角度的增加先增加后减少;射流产生的回流范围随直径的增加先减少后增大,随入射速度的增大而增大,随入射角度的增加先增大后减小。因此,相比于喷嘴直径,入射速度和入射角度对储罐内的搅拌效果和搅拌范围有更大的影响。     

非金属管道在煤层气输送中的应用分析

我国煤层气资源开发进入了高速发展的阶段,煤层气田集输管网管材亟需创新和优化。金属管道缺陷日益明显,而非金属管道以其良好的耐腐蚀性、低摩阻、性价比高近几年在气田中得到了一定规模的应用,通过对钢管、聚乙烯管、柔性复合管、钢骨架塑料复合管、玻璃钢管性能、经济效益的对比,优选适合目前煤层气田集输用的管材,并结合非金属管材存在的问题,提出相应建议,为今后非金属管材在煤层气田的广泛应用提供参考。     

风力因素对天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

利用仿真模拟软件, 对架空天然气管道泄漏扩散进行数值模拟, 对比分析了泄漏方向及风速对泄漏扩散过程的影响。结果表明, 地面附近下风向危险范围大, 上风向相对安全, 地势较高处相对安全; 向上喷射时近地面天然气危险范围较小, 迎风喷射和向下喷射时危险范围较大; 迎风喷射时风速对危险范围的影响小于向下喷射时 风速对危险范围的影响, 在静风及低风速下天然气泄漏扩散范围较大。研究结果可为架空天然气管道泄漏的应急疏散、 救援提供理论依据和参考。     

水平渐变管内油水两相流模拟研究

为优化油气集输管道局部管道结构,采用计算流体力学软件对水平渐变管内油水两相流进行数值模拟,对比不同含水率、不同入口流速条件下两相流流型,分析油水两相流在管道内的压力分布规律。结果表明,渐变管内油水两相流流型为水包油流型,管壁主要为油相润湿;渐缩管压力随流向位移持续下降,渐扩管先下降后上升再下降;整体压降速率与含水率成反比,与入口流速成正比。研究结果可以为优化稠油集输管网管道结构、降低管道流动能耗等油水混输问题提供参考。     

旋转电极电渣重熔过程熔滴滴落及熔池形状的模拟

摘要：建立了瞬态三维耦合数学模型以探索旋转电极对电渣重熔过程中电磁场、流场、温度场和熔池形状的影响。通过求解麦克斯韦方程组得到电磁场的相关信息,利用VOF方法描述金属熔滴的运动,采用焓 多孔介质模型计算凝固过程。当电极旋转,金属熔滴在离心力作用下,从电极边缘抛出,增加了金属熔滴在渣池中停留的时间与沿途路径,有利于提高电渣重熔工艺的精炼效率。模拟结果表明,随着电极旋转,熔滴数量增多,尺寸变小,渣池内的温度分布变得均匀,当电极的转速由0r/min提高至20和50r/min,熔池深度由81mm降至78和61mm,熔池形状逐渐变得浅平,有利于提高电渣重熔铸锭的质量。