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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