Please wait a minute...
金属学报  2010, Vol. 46 Issue (7): 794-799    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2010.00080
  论文 本期目录 | 过刊浏览 |
电渣重熔过程中的电磁场和Joule热分析
王芳, 李宝宽
东北大学材料与冶金学院, 沈阳 110819
ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC FIELD AND JOULE HEATING OF ELECTROSLAG REMELTING PROCESSES
WANG Fang, LI Baokuan
School of Materials $\&$ Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819
引用本文:

王芳 李宝宽 . 电渣重熔过程中的电磁场和Joule热分析[J]. 金属学报, 2010, 46(7): 794-799.
, . ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC FIELD AND JOULE HEATING OF ELECTROSLAG REMELTING PROCESSES[J]. Acta Metall Sin, 2010, 46(7): 794-799.

全文: PDF(1016 KB)  
摘要: 

以电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象, 建立了能够考虑集肤效应的三维谐波电磁场有限元模型, 采用Maxwell方程、Lorentz定律和Joule定律分析了渣、钢锭和电极的磁场、电磁力、电流密度和Joule热功率密度的分布. 模拟结果与测量的电渣重熔系统外部空气的磁感应强度吻合良好, 证明了本模型和计算过程的可靠性. 计算结果表明: 在电极和钢锭内, 电流主要集中在外表面, 电流沿轴向方向; 在渣池内, 由于渣的电导率低, 电流分布发生改变, 主要集中在电极端头处; 电磁力的最大值出现在接近渣池上表面渣内的电极附近; 而Joule热的最大值是在电极底部与渣的交界处; 当频率大于35 Hz时, 电极和钢锭内都出现了涡流; 当电极浸入深度增大或渣层的厚度减小时, 渣池中Joule热的最大值增大.

关键词 电渣重熔电磁场 Joule热 数值模拟    
Abstract

A 3D finite element model was developed to simulate the magnetic field, electromagnetic force, current density and Joule heating of electroslag remelting< processes (electrode, slag and ingot) by using of Maxwell equation, Lorentz law and Joule law. Especially, the skin effect is shown and discussed based on numerical results. The results show that the current distribute on the external surfaces of slag and ingot. In slag, due to the low electrical conductivity of slag, the current distribution changes, gathering on the end of electrode. The maximum electromagnetic force is at the upper surface nearby the electrode and the maximum joule heating is at the interface of electrode and slag. When current frequency is greater than 35 Hz, the vortex flow  will occur in interior of electrode and ingot. When electrode immersion depth increase and slag cap thickness decrease, the maximum of the joule heat in slag will increase.

Key wordselectroslag remelting processes    electromagnetic field    Joule heating    numerical simulation
收稿日期: 2010-02-07     
基金资助:

国家自然科学基金重点资助项目50934008

作者简介: 王芳, 女, 1981年生, 讲师

[1] Dong Y. J Iron Steel Res, 2007; 14(5): 7
[2] Choudhary M, Szekely J. ISS Trans, 1983; 3: 67
[3] Hernandez–Morales B, Mitchell A. Ironmaking Steelmaking, 1999; 26: 423
[4] Auburtin P. Metall Trans, 2000; 31B: 801
[5] Alghisi D, Milano M, Pazienza L. In: Morandi R ed., The 2nd Int Conf on New Developments in Metallurgical ProcessTechnology. Riva Del Garda: Association Italian Metallurgy, 2005: 19
[6] Anon J. Steel Times Int, 1997; 21(7): 20
[7] Weber V. In: Lee P D ed., The 2nd Int Conf on High Order Non–Oscillatory Methods for Wave Propagation, Transport and Flow Problems. Trento: Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2007: 83
[8] Wei J H, Ren Y L. Acta Metall Sin, 1994; 30: 481
(魏季和, 任永莉. 金属学报, 1994; 30: 481)
[9] Wei J, Ren Y L. Acta Metall Sin, 1995; 31: 51
(魏季和, 任永莉. 金属学报, 1995; 31: 51)
[10] Geng M P, Sun D X. Process Control and Simulation in Electroslag Casting. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2008: 47
(耿茂鹏, 孙达昕. 电渣熔铸过程控制与模拟仿真. 北京: 冶金工业出版社, 2008: 47)
[11] Patel A D. In: Gerbeth G ed., Proc 6th Int Conf on Electromagnetic Processing of Materials. Dresden: Forchungszentrum Dresden-Rossendorf, 2009: 603
[12] Patel A D. In: Peter L ed., Proc 2005 Int Symposium on Liquid Metal Processing and Casting. Ohio: ASM, 2005: 173
[13] Jardy A, Ablitzer D, Wadier J F. Metall Trans, 1991; 22B: 111
[14] Kharicha A, Sch¨utzenh¨ofer W, Ludwig A, Tanzer R, Wu M. Steel Res Int, 2008; 79: 632
[15] Bulic E, Sinigoj A R, Cestnik B. IEEE Trans Electromagnetic Compatibility, 2009; 51: 263
[16] Alghisi D, Milano M, Pazienza L. J Metall Ital, 2005; 1: 21
[17] Kawakami M, Nagata K, Yamamura M. Tetsu Hagane, 1977; 63: 2162
(川上正博, 永田和宏, 山村埝. 铁と钢, 1977; 63: 2162)

[1] 毕中南, 秦海龙, 刘沛, 史松宜, 谢锦丽, 张继. 高温合金锻件残余应力量化表征及控制技术研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1144-1158.
[2] 王重阳, 韩世伟, 谢峰, 胡龙, 邓德安. 固态相变和软化效应对超高强钢焊接残余应力的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1613-1623.
[3] 张开元, 董文超, 赵栋, 李世键, 陆善平. 固态相变对Fe-Co-Ni超高强度钢长臂梁构件焊接-淬火过程应力和变形的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1633-1643.
[4] 周小宾, 赵占山, 汪万行, 徐建国, 岳强. 渣-金界面气泡夹带行为数值物理模拟[J]. 金属学报, 2023, 59(11): 1523-1532.
[5] 夏大海, 邓成满, 陈子光, 李天书, 胡文彬. 金属材料局部腐蚀损伤过程的近场动力学模拟:进展与挑战[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1093-1107.
[6] 胡龙, 王义峰, 李索, 张超华, 邓德安. 基于SH-CCT图的Q345钢焊接接头组织与硬度预测方法研究[J]. 金属学报, 2021, 57(8): 1073-1086.
[7] 李子晗, 忻建文, 肖笑, 王欢, 华学明, 吴东升. 热导型等离子弧焊电弧物理特性和熔池动态行为[J]. 金属学报, 2021, 57(5): 693-702.
[8] 杨勇, 赫全锋. 高熵合金中的晶格畸变[J]. 金属学报, 2021, 57(4): 385-392.
[9] 唐海燕, 刘锦文, 王凯民, 肖红, 李爱武, 张家泉. 连铸中间包加热技术及其冶金功能研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(10): 1229-1245.
[10] 王富强, 刘伟, 王兆文. 铝电解槽中局部阴极电流增大对电解质-铝液两相流场的影响[J]. 金属学报, 2020, 56(7): 1047-1056.
[11] 刘继召, 黄鹤飞, 朱振博, 刘阿文, 李燕. 氙离子辐照后Hastelloy N合金的纳米硬度及其数值模拟[J]. 金属学报, 2020, 56(5): 753-759.
[12] 任忠鸣,雷作胜,李传军,玄伟东,钟云波,李喜. 电磁冶金技术研究新进展[J]. 金属学报, 2020, 56(4): 583-600.
[13] 王波,沈诗怡,阮琰炜,程淑勇,彭望君,张捷宇. 冶金过程中的气液两相流模拟[J]. 金属学报, 2020, 56(4): 619-632.
[14] 许庆彦,杨聪,闫学伟,柳百成. 高温合金涡轮叶片定向凝固过程数值模拟研究进展[J]. 金属学报, 2019, 55(9): 1175-1184.
[15] 戴培元,胡兴,逯世杰,王义峰,邓德安. 尺寸因素对2D轴对称模型计算不锈钢管焊接残余应力精度的影响[J]. 金属学报, 2019, 55(8): 1058-1066.