1 超声钢包精炼概述 1
1.1 超声波概述 1
1.2 洁净钢冶炼概述 2
1.2.1 转炉冶炼中夹杂物的控制 3
1.2.2 精炼过程中夹杂物的控制 3
1.2.3 连铸中间包夹杂物控制 4
1.3 功率超声 6
1.3.1 功率超声概述 6
1.3.2 超声技术的产生和发展 9
1.3.3 超声与物质的相互作用 10
1.3.4 功率超声的导入 11
1.3.5 超声波技术应用的基础分类 12
1.4 超声空化概述 13
1.4.1 空化现象的发展 13
1.4.2 单个空化气泡发展概况 17
1.4.3 群空化气泡发展概况 18
1.5 超声波在冶金中的应用 19
1.5.1 超声波高温废气除尘应用 20
1.5.2 超声波燃料燃烧应用 21
1.5.3 超声波液态金属处理应用 22
1.5.4 超声波在金属去夹杂中的应用 24
1.5.5 超声探伤 28
2 功率超声应用的理论基础 29
2.1 描述超声的基本物理参数 29
2.2 超声空化及其效应 30
2.2.1 空化泡的主要参数 30
2.2.2 超声波作用下空化泡的运动 32
2.2.3 混响场的超声空化 34
2.2.4 空化强度的测量 34
2.3 超声的传播 35
2.3.1 声波传播的普遍特性 35
2.3.2 超声的反射和折射 36
2.3.3 超声的衰减 36
2.3.4 超声的散射和绕射 37
2.3.5 超声的干涉 37
3 超声处理器设计 39
3.1 超声处理器概述 39
3.1.1 电声系统 39
3.1.2 机声系统 40
3.2 功率超声的产生原理 41
3.3 超声装置的类型 42
3.4 功率超声发生器的设计与改造 43
3.4.1 超声波频率的选择 44
3.4.2 超声波换能器的选择 44
3.4.3 功率的确定 45
3.4.4 材质的选择 45
3.4.5 转换器恒温处理 45
3.5 功率超声发生器的调试 46
3.5.1 声功率的测定和换能器效率的计算 46
3.5.2 声强的计算 47
4 超声空化气泡数值模拟 49
4.1 超声空化机理 49
4.1.1 空化核 50
4.1.2 空化气泡的运动 51
4.1.3 空化气泡的闭合与反跳 53
4.1.4 空化的基本效应 55
4.2 空化强度测量方法 58
4.2.1 碘释放测量法 58
4.2.2 金属薄膜腐蚀法 60
4.2.3 电学法 62
4.2.4 晶体显色法 62
4.2.5 染色法 63
4.2.6 水听器法 63
4.3 超声空化泡的数值模拟方法 65
4.3.1 模型的建立 65
4.3.2 气泡壁运动方程的推导 66
4.3.3 气泡壁运动方程的数值计算 67
4.4 水溶液中空化气泡影响因素 68
4.4.1 液体若干物理参数的影响 69
4.4.2 声场参数的影响 70
4.4.3 空化气泡本身的影响 73
4.4.4 环境压力对空化气泡运动的影响 77
4.5 钢液中空化气泡计算 77
4.5.1 超声声压幅值对钢液空化气泡运动过程的影响 78
4.5.2 空化气泡初始平衡半径对钢液内空化气泡运动过程的影响 80
4.5.3 超声频率对钢液空化气泡运动过程的影响 82
4.5.4 空化气泡中的气体种类对钢液空化气泡运动过程的影响 84
5 精炼钢包内空化行为表征 87
5.1 水模实验方法 87
5.2 声场分布测量方法 89
5.3 变幅杆式超声波声强测量 90
5.3.1 精炼水模内变幅杆式超声波声场分布 90
5.3.2 声场分布理论分析 91
5.3.3 工具杆底端声场分布的实验验证 93
5.3.4 超声波清洗槽声场测量 94
5.4 超声波钢包精炼空化气泡运动行为 96
5.4.1 空化气泡观测过程 97
5.4.2 声场特性分析 98
5.4.3 精炼钢包模型内空化气泡的生长运动行为 103
6 超声流场数值模拟方法 108
6.1 Fluent软件介绍 108
6.1.1 Fluent概述 109
6.1.2 基本控制方程 111
6.1.3 离散化方程 113
6.1.4 数值计算算法分析 114
6.1.5 求解策略 117
6.2 底吹气搅拌流场的数值模拟 117
6.2.1 模型的建立及求解 117
6.2.2 流场计算结果分析 119
6.3 超声波搅拌流场的数值模拟 121
6.3.1 模型的建立及求解 122
6.3.2 流场计算结果分析 125
6.4 超声搅拌与气体搅拌结果对比 133
7 钢包精炼水模型超声搅拌 135
7.1 底吹气搅拌水模型 135
7.1.1 原理和装置 135
7.1.2 均混时间测定 136
7.2 超声波钢包精炼水模型 138
7.2.1 实验方法 138
7.2.2 超声波搅拌均混时间测定 139
7.3 超声波-底吹气联合搅拌水模型 142
7.3.1 实验方案 142
7.3.2 联合作用均混时间 143
8 超声波在去除夹杂物中的应用 147
8.1 气泡去除夹杂物机理分析 149
8.1.1 通过炉渣去除 149
8.1.2 通过炉衬耐火材料去除 150
8.1.3 通过气泡漂浮去除 150
8.2 夹杂物模拟粒子的选择 156
8.3 超声去除夹杂物方法 158
8.4 超声波去除夹杂物影响因素 159
8.4.1 两种空化运动状态的判定 159
8.4.2 超声波去除夹杂物因素分析 161
8.5 超声波去除夹杂物机理分析 163
8.5.1 超声波作用下夹杂物长大行为分析 163
8.5.2 超声波去除夹杂物微观机理分析 168
参考文献 172