电渣重熔是在水冷结晶器中将自耗电极埋入熔渣中熔炼并凝固成钢的方法,是非常复杂的冶金过程。电渣重熔过程中伴随着电磁、温度、流动、传热以及凝固等复杂的物理化学变化。经电渣重熔精炼后的钢锭力学性能较好,使用寿命长,但电渣重熔过程消耗一定的电能。为了提高大型电渣钢锭的凝固质量并降低能耗,本文提出一种新的工艺思路,即振动电极。振动电极的意义在于更有效的实现电极和熔融渣液之间的相对运动、增加传热能力,这是降低能耗、提高凝固质量的有效方法。实验与理论计算表明,通过采用振动电极,可以有效提高相对运动速度,并且振动电极方法容易实现工程化,具有较强的实用性。本文主要研究竖直振动与水平振动的电极对电渣重熔过程的影响,并分析其随振动频率及振幅的变化。本文主要研究的内容是:(1)运用有限体积法求解模型方程,实现电渣重熔过程中电磁场、温度场、流场以及凝固过程等多个物理场同步耦合计算;(2)分别计算电极在水平振动以及竖直振动的状态下电渣重熔过程中各个物理场的分布状况以及液滴的分布及大小,并与无振动的情况进行对比;(3)通过计算不同频率与振幅下的水平及竖直振动情况下的物理场的分布,来确定频率、振幅等工艺参数对电渣重熔过程的影响。本课题研究结论:(1)振动电极可以有效提高电极与熔融渣液之间的相对运动,从而增加了渣池的传热能力,增大熔速。无论是竖直振动还是水平振动的状态,液滴滴落过程以及各物理场分布都会出现周期性的变化。水平振动呈现左右变化,而竖直振动液滴则出现从小变大再变小的过程。同时液滴变小,液滴数量增多,相当于增加了熔渣与金属间的反应面积,增加了精炼效率;(2)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,都能够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,渣池温度变的相对均匀,有利于凝固;(3)与无振动的情况相比,水平振动的平均液滴直径较小,渣池温度较低,且熔池较浅;而竖直振动液滴直径较大,渣池温度较高,熔池较深。在竖直振动情况下,液滴直径变大,且集中于渣池中心线附近,导致电流密度分布集中,不利于渣池温度均匀化。