钛合金真空自耗熔炼过程中电场的数值模拟

常 燕

（商洛学院城乡规划与建筑工程学院，陕西 商洛 726000）

钛合金作为一种优越的合金材料，广泛的应用于航空航天领域，钛合金冶炼技术经过半个多世纪的发展已经形成较多种成熟的制备工艺[1-3]。而其中应用最为成熟的工艺主要为真空自耗熔炼工艺（VAR），VAR的主要部件如图1所示[4]，首先先原料混合压制制作成电极，电极前端在高温氧化弧作用下，熔融成合金液体整个过程在真空条件下进行。前端熔融的金属合金也在冷却水的作用下再次凝固形成精炼铸锭。由于铸锭在高温熔炼过程中初始电极中的挥发性物质和杂质元素将会挥发从完成合金的精炼。但VAR工艺在制备过程中也存在缺陷，由于合成设备尺寸，高温弧温度等因素都会导致在铸锭中形成缺陷[5-7]。这就需要对于整个合成设备及工艺流程进行优化，而随着计算机仿真技术的发展，可以采用数值模拟对不同工艺参数下各项参数变化情况进行仿真，从而优化反应设备。其中电场就是仿真中重要的考虑因素，因此本文采用数值模拟的方法对VAR 熔炼炉内电场的分布情况进行模拟从而达到优化反应器的目的。

图1 真空自耗电弧炉构造示意图

1 模型建立

1.1 几何模型及网格划分

根据VAR实际模型进行适当简化，在ANSYS建模软件中对简化后的模型进行网格划分，才电极及坩埚部分采用结构化网格并进行加密处理，过渡区域采用混合网格，从而减少计算量。如图2所示为VAR电弧炉模型简化图及网格划分图。……