Физическое моделирование процесса плавления расходуемого электрода при ЭШП в условиях внешнего электромагнитного воздействия

Abstract

Разработана физическая модель для исследования особенностей плавления расходуемого электрода при электрошлаковом переплаве в условиях действия внешнего магнитного поля. Модель представляет собой оптически прозрачную цилиндрическую емкость, заполненную электролитом на основе раствора ZnCl₂, имитирующим шлаковую ванну, в который погружен электрод из сплава Вуда. Плавление электрода происходит за счет тепла, выделяющегося в электролите при пропускании электрического тока. Внешнее магнитное поле создается системой из двух соленоидов, охватывающих емкость и электрод. Для исследования особенностей плавления электрода используется метод видеосъемки с частотой записи 240 кадров в секунду. Установлено, что наложение внешнего продольного магнитного поля индукцией 0,2 Тл способствует увеличению скорости плавления электрода на 8...12 %. При этом частота отрыва капель электродного металла увеличивается на 18...22 %, а средняя масса капли снижается на 8...10 %. Указанные эффекты достигаются благодаря интенсификации гидродинамических течений возле оплавляемой поверхности электрода и активизации процессов тепломассообмена на границе двух фаз. Вызванное наложением продольного поля горизонтальное вращение расплава также способствует рассредоточению места падения капель на дно емкости.

Physical model has been developed for investigation of peculiar features of consumable electrode melting in electroslag remelting under conditions of the external magnetic field. The model represents an optically transparent cylindrical vessel, filled with an electrolyte on base of solution ZnCl₂, simulating a slag pool, into which an electrode of Wood’s alloy was immersed. Electrode melting occurs due to heat, generating in electrolyte during the electric current passing. The external magnetic field is created by a system of two solenoids, embracing the vessel and electrode. To investigate the peculiarities of electrode melting, the method of video filming is used at the frequency of 240 frames per a second. It was found that superposition of external longitudinal magnetic field of 0.2 T induction contributes to increase in electrode melting speed by 8...12 %. Here, the frequency of electrode metal drop detachment is increased by 18...22 %, and the average mass of drop is reduced by 8...10 %. The mentioned effects are attained due to intensification of hydrodynamic flows near the electrode surface being melted and activation of the heat and mass exchange processes at the interface of two phases. The horizontal rotation of melt, caused by superposition of the longitudinal field also contributes to relocation of place of drops falling onto the vessel bottom.