熔池边界准则简介

热源的校核采用的准则是熔池边界准则，即在与实际输入的热量一致的情况下，所选热源模型模拟出来的熔池区域边界与实际焊缝熔合线相符，那么就认为这个热源模型是合理的，用该热源模型模拟温度场是符合焊接力学分析的要求。2100433B

Pr表示普朗特准则，

上式确定了常物性流体外掠常壁温平板层流换热时热边界层的厚度。

熔池是指因焊弧热而熔化成池状的母材部分。包括某些非电弧冶炼的熔炼炉，通常将整个炉膛空间称为熔池。但在有的矿热炉中，熔池则仅指熔渣和金属液积存的炉膛部分，或是电极周围炉料不断下降的工作区（坩埚），或是电弧高温所能作用到的区域。

图1为典型的有渣法埋弧电炉熔池结构。有渣法电炉炉膛是由生料层、软熔层、焦炭层、熔渣层、金属熔池等几个部分构成。在靠近炉墙温度比较低的部位存在由凝Ⅲ的熔渣和未反应的炉料构成的死料区。

电炉内炉料下降过程先后经历的几个主要区域是：炉料预热区、炉料软熔区、焦炭层、炉渣层和熔融金属层。

生料层由术反应的炉料，如焦炭、矿石和熔剂组成。靠近电极的部位温度较高，炉料熔化速度快，生料层的厚度较薄，而远离电极的部位料层较厚，炉料下沉速度相对较慢。炉气在通过松散的乍料层时与炉料进行热交换，电流通过导电的炉料产生热量使料层温度升高。矿石中的高价氧化物，如MnO₂、Fe₂O₃，会住这一部位发生热分解或被CO还原成低价氧化物。在温度更高的部位，出现FeO的同态还原，有金属铁生成。

在料层温度低于1300℃的区域，铬铁尖晶石中的Fe₂O₃和FeO被CO和C还原；在料层更深处温度高于1300℃区域Cr₂O₃，开始出现还原。三价铁、二价铁和铬先后从铬铁矿中分离出去，在矿石中形成分散的金属珠；结构已经完全改变的尖晶石仍维持着矿石颗粒形状。尖品石的熔化温度很高，只有在温度更高的深度才会出现渣化。

当料层温度高于炉料的软化温度或还原反应产物的熔点时，炉料出现软熔现象。这一部位位于焦炭层卜部，称为软熔层。锰的高价氧化物Mn₂O₃和Mn₃O₄。在软熔层全部还原生成低价氧化锰MnO并进入熔渣。在1300～1500℃发生的铬的固态还原也是这一区域的主导反应，铬的还原加剧了矿石解体进程，大大加快了矿石的熔化。南于锰和铬的还原迟于铁的还原，在料层巾金属颗粒中的锰铁比或铬铁比由上到下逐渐增加。铁和铬的还原是强烈吸热反应。输入炉内的热量有50%以上用于还原金属氧化物。炉料层和软熔层所产生的电阻热量较少，软熔层所需的热量足由焦炭层向上传递的。软熔层上下温差较大，下部是还原反应的主要部位。尽管初渣和含铁较高的金属珠有一定的流动性，但熔点很高的术还原矿石掺杂在其中，软熔层整体并没有流动性。当炉料的熔化速度大于还原速度就会出现炉料过早熔化，炉膛导电结构变化，导致焦炭层上移。