熔池邊界準則簡介

熱源的校核采用的準則是熔池邊界準則，即在與實際輸入的熱量一致的情況下，所選熱源模型模擬出來的熔池區(qū)域邊界與實際焊縫熔合線相符，那么就認為這個熱源模型是合理的，用該熱源模型模擬溫度場是符合焊接力學分析的要求。2100433B

Pr表示普朗特準則，

上式確定了常物性流體外掠常壁溫平板層流換熱時熱邊界層的厚度。

熔池是指因焊弧熱而熔化成池狀的母材部分。包括某些非電弧冶煉的熔煉爐，通常將整個爐膛空間稱為熔池。但在有的礦熱爐中，熔池則僅指熔渣和金屬液積存的爐膛部分，或是電極周圍爐料不斷下降的工作區(qū)（坩堝），或是電弧高溫所能作用到的區(qū)域。

圖1為典型的有渣法埋弧電爐熔池結(jié)構(gòu)。有渣法電爐爐膛是由生料層、軟熔層、焦炭層、熔渣層、金屬熔池等幾個部分構(gòu)成。在靠近爐墻溫度比較低的部位存在由凝Ⅲ的熔渣和未反應的爐料構(gòu)成的死料區(qū)。

電爐內(nèi)爐料下降過程先后經(jīng)歷的幾個主要區(qū)域是：爐料預熱區(qū)、爐料軟熔區(qū)、焦炭層、爐渣層和熔融金屬層。

生料層由術(shù)反應的爐料，如焦炭、礦石和熔劑組成?？拷姌O的部位溫度較高，爐料熔化速度快，生料層的厚度較薄，而遠離電極的部位料層較厚，爐料下沉速度相對較慢。爐氣在通過松散的乍料層時與爐料進行熱交換，電流通過導電的爐料產(chǎn)生熱量使料層溫度升高。礦石中的高價氧化物，如MnO₂、Fe₂O₃，會住這一部位發(fā)生熱分解或被CO還原成低價氧化物。在溫度更高的部位，出現(xiàn)FeO的同態(tài)還原，有金屬鐵生成。

在料層溫度低于1300℃的區(qū)域，鉻鐵尖晶石中的Fe₂O₃和FeO被CO和C還原；在料層更深處溫度高于1300℃區(qū)域Cr₂O₃，開始出現(xiàn)還原。三價鐵、二價鐵和鉻先后從鉻鐵礦中分離出去，在礦石中形成分散的金屬珠；結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全改變的尖晶石仍維持著礦石顆粒形狀。尖品石的熔化溫度很高，只有在溫度更高的深度才會出現(xiàn)渣化。

當料層溫度高于爐料的軟化溫度或還原反應產(chǎn)物的熔點時，爐料出現(xiàn)軟熔現(xiàn)象。這一部位位于焦炭層卜部，稱為軟熔層。錳的高價氧化物Mn₂O₃和Mn₃O₄。在軟熔層全部還原生成低價氧化錳MnO并進入熔渣。在1300～1500℃發(fā)生的鉻的固態(tài)還原也是這一區(qū)域的主導反應，鉻的還原加劇了礦石解體進程，大大加快了礦石的熔化。南于錳和鉻的還原遲于鐵的還原，在料層巾金屬顆粒中的錳鐵比或鉻鐵比由上到下逐漸增加。鐵和鉻的還原是強烈吸熱反應。輸入爐內(nèi)的熱量有50%以上用于還原金屬氧化物。爐料層和軟熔層所產(chǎn)生的電阻熱量較少，軟熔層所需的熱量足由焦炭層向上傳遞的。軟熔層上下溫差較大，下部是還原反應的主要部位。盡管初渣和含鐵較高的金屬珠有一定的流動性，但熔點很高的術(shù)還原礦石摻雜在其中，軟熔層整體并沒有流動性。當爐料的熔化速度大于還原速度就會出現(xiàn)爐料過早熔化，爐膛導電結(jié)構(gòu)變化，導致焦炭層上移。