Физическое моделирование капельного переноса электродного металла при ЭШП с наложением импульсных магнитных полей

Abstract

Путем физического моделирования исследованы особенности процесса капельного переноса электродного металла при электрошлаковом переплаве с наложением на рабочую зону импульсного продольного магнитного поля. Исследования проводили на оптически прозрачной холодной модели, заполненной электролитом на основе ZnCl₂, имитирующим расплав шлака, в котором плавился расходуемый электрод из сплава Вуда. Установлено, что под действием импульсного продольного магнитного поля в ванне формируются горизонтальные вращения, скорость которых зависит от рода и величины тока в электролите, индукции магнитного поля и продолжительности импульсов его действия. Показано, что вращение ванны вокруг своей оси вызывает деформацию ее свободной поверхности. При использовании импульсного магнитного поля деформация поверхности ванны носит периодический характер, создавая тем самым вибрации в жидкой среде. Показано, что наложение импульсного продольного магнитного поля способствует уменьшению размеров капель электродного металла, увеличению пути и времени их нахождения в ванне и рассредоточению мест падения на зеркало жидкого металла. При этом модуляция тока плавки в момент действия импульсов магнитного поля усиливает электромагнитное воздействие на гидродинамику ванны и капельный перенос металла.

Шляхом фізичного моделювання досліджено особливості процесу крапельного переносу електродного металу при електрошлаковому переплаві з накладенням на робочу зону імпульсного поздовжнього магнітного поля. Дослідження проводили на оптично прозорій холодній моделі, заповненої електролітом на основі ZnCl₂, що імітує розплав шлаку, в якому плавився витратний електрод зі сплаву Вуда. Встановлено, що під дією імпульсного поздовжнього магнітного поля у ванні формуються горизонтальні обертання, швидкість яких залежить від показників струму в електроліті, індукції магнітного поля і тривалості імпульсів його дії. Показано, що обертання ванни навколо своєї осі викликає деформацію її вільної поверхні. При використанні імпульсного магнітного поля деформація поверхні ванни носить періодичний характер, створюючи тим самим вібрації в рідкому середовищі. Показано, що накладення імпульсного поздовжнього магнітного поля сприяє зменшенню розмірів крапель електродного металу, збільшенню шляху і часу їх знаходження у ванні і розосередженню місць падіння на дзеркало рідкого металу. При цьому модуляція струму плавки в момент дії імпульсів магнітного поля посилює електромагнітний вплив на гідродинаміку ванни і крапельне перенесення металу.

Using the physical modeling the peculiarities of process of electrode metal drop transfer were investigated in electroslag remelting with a superposition of a pulsed longitudinal magnetic field on the working zone. The investigations were carried out on optically transparent cold model, filled with an electrolyte on ZnCl₂ base, simulating the slag melting, in which the consumable electrode of Wood alloy was melted. It was found, that under the action of a pulsed longitudinal magnetic field the horizontal rotations are formed in a pool, the speed of which depends on the kind and value of current in electrolyte, magnetic field induction and duration of pulses of its action. It is shown that the pool rotation around its axis causes the deformation of its free surface. By using the pulsed magnetic field the pool surface deformation has a periodic nature, thus creating the vibration in a liquid medium It is shown that the superposition of a pulsed longitudinal magnetic field promotes the decrease in electrode metal drop sizes, increase in path and time of their stay in a pool and distribution of dropping places on the molten metal mirror. Moreover, the modulation of melting current at the moment of action of the magnetic field pulses intensifies the magnetic effect on hydrodynamics of the pool and metal drop transfer.