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第1章 概论1

1.1 电渣冶金技术概论1

1.2 电渣重熔过程的研究现状2

1.2.1 电磁热流与凝固过程的研究进展3

1.2.2 宏观偏析的研究进展11

1.3 本书的研究目的和主要内容15

1.3.1 研究目的15

1.3.2 主要内容15

第2章 电渣重熔过程的数学模型18

2.1 模型体系18

2.2 模型假设20

2.3 两相流模块21

2.3.1 模型选择依据21

2.3.2 VOF算法22

2.4 电磁场模块23

2.5 溶质输运模块25

2.5.1 两相流动控制方程26

2.5.2 两相传热及凝固控制方程27

2.5.3 溶质输运与再分配控制方程29

2.6 边界条件30

2.6.1 电磁场模型边界条件30

2.6.2 流动模型边界条件31

2.6.3 传热模型边界条件31

2.7 数值求解方法32

2.8 本章小结39

第3章 电渣接续过程的实验研究40

3.1 实验方案40

3.1.1 实验设备40

3.1.2 实验材料41

3.1.3 实验参数41

3.1.4 实验步骤42

3.2 实验结果与分析42

3.2.1 熔炼电流对宏观偏析的影响42

3.2.2 渣层厚度对宏观偏析的影响47

3.2.3 结晶器填充比对宏观偏析的影响52

3.3 本章小结56

第4章 电渣重熔接续过程的数值模拟58

4.1 计算条件58

4.2 计算结果与讨论60

4.2.1 电磁场60

4.2.2 流动、温度分布和凝固行为62

4.2.3 元素质量分数分布64

4.3 本章小结69

第5章 过渡段长度的参数研究71

5.1 参数设计71

5.2 电流和渣层厚度对焦耳热产量的影响73

5.3 电流和渣层厚度对流动、传热和凝固的影响75

5.4 电流和渣层厚度对偏析度和过渡段长度的影响79

5.5 过渡段长度函数拟合83

5.6 本章小结90

第6章 电渣接续制备工艺的优化92

6.1 无量纲数分析92

6.1.1 电流对ST数的影响92

6.1.2 渣层厚度对ST数的影响94

6.2 电渣接续制备双合金钢锭新工艺的实验研究96

6.2.1 实验设备和参数96

6.2.2 实验结果与分析96

6.3 电渣接续制备双合金钢锭新工艺的数值模拟97

6.3.1 计算条件97

6.3.2 新接续制备过程中元素质量分数的分布98

6.3.3 新工艺中电流对过渡段长度的影响102

6.4 旋转电极电渣重熔过程的数值模拟103

6.4.1 电磁场104

6.4.2 流场、温度分布和金属熔池形状106

6.4.3 自耗电极转速的影响110

6.5 非定常电流控制对电渣重熔过程的影响111

6.5.1 定常电流重熔情况112

6.5.2 电流变化对金属熔池的影响114

6.6 本章小结115

第7章 电渣重熔微观组织数学模型118

7.1 基本假设118

7.2 数学模型118

7.2.1 凝固计算模型118

7.2.2 元胞自动机模型120

7.2.3 元胞自动机法与有限元法的耦合124

7.2.4 二次枝晶计算的数学模型124

7.3 软件介绍125

7.4 物理模型及边界条件126

7.4.1 物理模型126

7.4.2 边界条件126

7.5 求解步骤126

7.6 无电磁搅拌电渣重熔钢锭微观组织数值模拟128

7.6.1 模型验证128

7.6.2 微观组织模拟结果129

7.6.3 熔炼电流对电渣重熔钢锭晶粒结构影响131

7.7 电磁搅拌电渣重熔微观组织数值模拟137

7.7.1 模型验证138

7.7.2 搅拌电流对晶粒结构影响138

7.8 本章小结142

第8章 单电极电渣重熔有限元模型144

8.1 有限元法144

8.1.1 谐波算法144

8.1.2 场量值的计算146

8.1.3 焓基潜热演化法149

8.1.4 多物理场耦合151

8.2 基本假设与物理模型152

8.3 单电极多物理场结果分析154

8.3.1 电流密度分布154

8.3.2 磁感应强度和电磁力分布154

8.3.3 焦耳热分布155

8.3.4 温度分布与凝固156

8.4 不同电极尖端形状的影响157

8.5 导电结晶器159

8.5.1 电流密度分布160

8.5.2 焦耳热分布160

8.5.3 温度分布及凝固过程161

第9章 双极串联电渣重熔有限元模型163

9.1 双极串联电渣重熔系统基本假设与物理模型163

9.2 双极串联电渣重熔系统多物理场165

9.2.1 电流密度分布165

9.2.2 磁感应强度分布165

9.2.3 焦耳热分布168

9.2.4 温度分布169

第10章 三相多电极电渣重熔有限元模型174

10.1 三相电渣重熔模型参数175

10.2 三相电渣重熔电路分析177

10.3 三相电渣重熔多物理场及凝固过程180

10.3.1 三电极电渣重熔电磁场180

10.3.2 三电极电渣重熔温度分布与凝固182

10.3.3 三电极电渣重熔参数变化研究183

10.3.4 六电极电渣重熔电磁场187

10.3.5 六电极电渣重熔温度分布与凝固190

10.3.6 六电极电渣重熔参数变化研究191

第11章 管式电极电渣重熔数值模拟研究200

11.1 管式电极电渣重熔电磁场分布200

11.1.1 电流密度分布200

11.1.2 磁感应强度分布205

11.1.3 电磁力分布208

11.1.4 焦耳热功率密度分布210

11.2 管式电极电渣重熔温度场分布211

11.3 从数值计算角度对管式电极尺寸的优化213

11.4 本章小结218

第12章 双极串联电渣热封顶设计及理论分析220

12.1 双极串联电渣热封顶装置的设计220

12.1.1 双极串联电渣热封顶装置的基本结构220

12.1.2 双极串联电渣热封顶装置的工作原理224

12.2 双极串联电渣加热下大钢锭凝固过程电磁场分布224

12.2.1 电流密度分布224

12.2.2 磁感应强度分布226

12.2.3 电磁力分布227

12.2.4 焦耳热功率密度分布228

12.3 双极串联电渣加热下大钢锭凝固过程温度场分布228

12.4 工艺参数分析230

12.4.1 不同渣层厚度参数分析230

12.4.2 不同电极插入深度参数分析232

12.5 本章小结235

参考文献237