Electrometallurgy Today, 2013, №01



2013 №01 (11)

2013 №01 (02)

---

Современная электрометаллургия, 2013, № 1, с. 3-7  

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОВИХРЕВЫХ ТЕЧЕНИЙ ПРИ ЭШП

Ю. П. Ивочкин¹, И. О. Тепляков¹, И. В. Протоковилов²

¹ Объединенный институт высоких температур РАН. 125412, г. Москва, ул. Ижорская, д. 13, стр. 2. E-mail: vortex@iht.mpei.ac.ru
² Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Разработаны методика и оборудование для физического моделирования гидродинамики в токонесущем расплаве электрошлаковой печи. Физическая модель основана на использовании в качестве рабочей среды эвтектического сплава In–Ga–Sn, жидкого при комнатной температуре, и оригинальных волоконно-оптических датчиков для измерения скорости течений в объеме жидкого металла. Получены экспериментальные данные по полям скорости модельной жидкости в условиях отсутствия внешнего магнитного поля и при воздействии продольным магнитным полем, создаваемым электрическим током, протекающим по горизонтально расположенному участку токоподвода. Показано, что в условиях отсутствия внешнего магнитного поля течения жидкости представляют собой осесимметричный тороидальный вихрь с подэлектродной струей, направленной ко дну ванны. Скорость таких течений пропорциональна значению электрического тока и достигает 16 cм/с. Продольное магнитное поле индукций В = 2*10^–4 Тл приводит к закрутке жидкости в горизонтальной плоскости (вокруг оси ванны) с максимальной скоростью течений до 5 см/с. Проведенный анализ поля скоростей показал, что азимутальное вращение жидкости способствует формированию вторичных течений в меридиональной плоскости, противоположных первичным электровихревым течениям. Указанные эффекты приводят к коренной перестройке гидродинамической обстановки в ванне и формированию сложной трехмерной структуры электровихревых течений, существенно отличающейся от упрощенной осесимметричной картины потока, которая обычно используется при описаний процесса ЭШП. Библиогр. 10, ил. 7.
 
 
Ключевые слова: физическое моделирование; гидродинамика; токопроводящий расплав; электровихревые течения; скорость; электрошлаковый переплав; магнитное поле; электрический ток
 
 
Поступила 13.12.2012
Подписано к печати 13.03.2013
 
1. Металлургия электрошлакового процесса / Б. И. Медовар, А. К. Цыкуленко, В. Л. Шевцов и др.— Киев: Наук. думка, 1986. — 248 с.
2. Компан Я. Ю., Щербинин Э. В. Электрошлаковая сварка и плавка с управляемыми МГД процессами. — М.: Машиностроение, 1989. — 272 с.
3. Электровихревые течения / В. В. Бояревич, Я. Ж. Фрейберг, Я. Ж. Шилова, Э. В. Щербинин. — Рига: Зинатне, 1985. — 315 с.
4. Исследование магнитогидродинамических явлений в шлаковой ванне при ЭШП / Б. Е. Патон, Б. И. Медовар, Ю. Г. Емельяненко и др. // Пробл. спец. электрометаллургии. — 1982. — Вып. 17. — С. 3–8.
5. Магнитогидродинамические явления при ЭШП и кристаллизация электрошлаковых слитков / Б. Е. Патон, Б. И. Медовар,  Ю. Г. Емельяненко и др. // Там же. — 1984. — Вып. 20. — С. 11–15.
6. Медовар Б. И., Бойко Г. А., Сердюкова В. П. Физическое моделирование процесса ЭШП расходуемых электродов // Там же. — 1978. — № 9. — С. 38–48.
7. Electrically induced vortical flows / V. Bojarevich, Ya. Frejbergs, E. I. Shilova, E. V. Shcherbinin. — Dordrecht: Khuwer Acad. Publ., 1989. — 400 p.
8. Петрунин А. А., Штерн В. Н. Бифуркация полоидального поля в течении, вызванном радиальным электрическим током // Механика жидкости и газа. — 1993. — № 2. — 4 c.
9. Жилин В. Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 112 с.
10. Власюк В. Х. Турбулентные электровихревые течения в цилиндрической емкости // Магнитная гидродинамика. — 1988. — 24,  № 3. — С. 76–82