电渣重熔是生产高品质金属材料的主要方法之一,为适应重大装备制造业需求,逐渐向着大型、高品质、低碳环保方向发展,但仍存在能耗高、凝固组织粗大和宏观偏析等问题,成为制约电渣重熔技术进一步发展的瓶颈。本文利用商业软件和自编程序相结合,建立了基于VOF模型的振动电极作用下电渣重熔系统的多相流模型,得到整个振动电渣体系中电场、流场、速度场以及焦耳热分布;分别计算了电极在水平振动以及竖直振动时,不同振幅和频率条件下电渣重熔中各物理场和金属液滴的大小及分布状况。结果显示:无论是水平振动还是竖直振动,增加振动频率、增大振动幅度,都能有效增大电极与熔融渣液之间的相对运动,从而使液滴变小,渣池中平均温度梯度降低,熔池趋于浅平,渣池温度变得相对均匀,有利于凝固。对比研究了电极振动和不振动条件下,电极熔化速度和钢锭凝固质量的变化。通过改变振动参数,对不同振动条件下的电极熔化速率变行分析,建立了简化的换热系数公式,对电极熔化速率进行测算,结果表明:与普通电渣重熔相比,振动电渣可提高熔化速率20%以上,在振动频率约为20Hz时,节约电量最大,达到17%,水平振动对熔化速率影响更明显。利用光学显微镜(OM)和Image-Pro Plus 6.0软件定量分析了电渣钢中夹杂物的数量、尺寸、金相组织和夹杂物含量等在电极振动前后的变化规律:对比常规电渣重熔,适当电极振动可以有效降低钢中的夹杂物含量及大颗粒夹杂物,缩小夹杂物尺寸。通过电解分离无振动和水平振动试样,观察到的夹杂物形貌大多呈团状或块状,夹杂物成分主要是钙硅酸盐、铝硅酸盐和少量MgO、FeS等。