Статья

Наименование	Моделирование процессов перемешивания при электровихревых течениях расплава
Авторы	Кухарев А. Л., д. т. н., доц.
Раздел	Металлургия
Год	2025	Выпуск	82	Страницы	27 - 35
УДК	669.187.2			EDN	JMUNFJ
Аннотация	Приведена математическая модель и результаты численных исследований процесса перемешивания расплава электровихревыми течениями в установке с осесимметричными электродами с использованием метода переноса пассивной примеси. При оценке качества перемешивания проанализировано изменение во времени значений пяти критериев, характеризующих неоднородность расплава, построенных на основе подходов математической статистики. Показано, что при принятых условиях моделирования наиболее удобно использовать критерий, представляющий собой нормированное среднее линейное отклонение концентрации примеси. При моделировании оценена интенсивность турбулентной диффузии по сравнению с конвективным переносом примеси и молекулярной диффузией. Адекватность гидродинамических расчетов подтверждена путем сопоставления модельного поля скорости с экспериментальными данными.
Реферат	Цель. Моделирование процессов перемешивания в ванне расплава и анализ основных показателей качества перемешивания. Методика. Использована модель нестационарного переноса пассивной примеси, учитывающая конвективный перенос, молекулярную и турбулентную диффузию для исследования процессов перемешивания расплава электровихревыми течениями в установке с осесимметричными электродами при токе в электродах 250 А. Проанализированы имеющиеся в литературе пять различных критериев, характеризующих степень неоднородности расплава, построенных на основе подходов математической статистики. Расчет гидродинамического поля проводился в пакете Star CCM+. Результаты. При принятых условиях моделирования перенос примеси в расплаве происходит вдоль траекторий электровихревых течений, при этом за счет турбулентной диффузии области распределения примеси существенно расширяются. Минимальные значения концентрации примеси наблюдаются вблизи боковых стенок ванны, при этом наблюдается некоторая несимметрия распределения концентрации примеси относительно оси ванны. Показано, что критерии неоднородности расплава, построенные на основе среднеквадратического отклонения и коэффициента осцилляции, при принятых условиях моделирования неточно отражают процессы перемешивания расплава за счет большой скорости снижения их значений во времени, при этом наиболее адекватным критерием является критерий, представляющий собой нормированное среднее линейное отклонение концентрации примеси. Выполнено сопоставление расчетного поля скорости с экспериментальными данными, при этом среднее отклонение не превышает 5 %. Научная новизна. С использованием трехмерного математического моделирования получили дальнейшее развитие представления о закономерностях переноса пассивной примеси электровихревыми течениями в полусферической ванне расплава установки с осесимметричными электродами. Впервые показано, что при электровихревых течениях наиболее объективным, устойчивым и наглядным критерием неоднородности расплава является критерий, представляющий собой нормированное среднее линейное отклонение концентрации примеси. Показано, что турбулентная диффузия при принятых условиях моделирования существенно расширяет области распределения примеси в расплаве и более чем в 4 раза увеличивает степень его гомогенности. Практическая значимость. Разработанная методика моделирования и анализа показателей перемешивания расплава может использоваться при исследовании процессов гомогенизации и рафинирования расплавов в плавильных агрегатах и рудовосстановительных печах, а также в агрегатах для внепечной обработки и разливки.
Ключевые слова	расплав, перемешивание, электровихревое течение, примесь, моделирование.
Финансирование
Полный текст