Calculated Study of the Influence of Overheating Aluminum Melt on the Dynamics the Granulation Process

Abstract

A three-dimensional mathematical model of the solidification process of a liquid metal is considered, taking into account the mobility of the boundaries at which the phase transition is carried out (Stefan boundary value problem). The algorithm of calculation is improved, allowing due to the use of the Dirac δ-function in determining the effective heat capacity to take into account the nonlinearity of the equation of unsteady thermal conductivity and the heat of the phase transition. A numerical study of heat transfer during solidification of lead-containing aluminum melt droplets in air and water is carried out. The influence of droplet size and melt overheating on the solidification dynamics of granules has been studied. An approximate ratio based on the square root law is proposed, taking into account the amount of overheating of the liquid phase and linking the thickness of the formed solid phase with the duration of the granulation process

Рассмотрена трехмерная математическая модель процесса затвердевания жидкого металла, учитывающая подвижность границ, на которых осуществляется фазовый переход (краевая задача Стефана). Усовершенствован алгоритм расчета, позволяющий при использования δ-функции Дирака при определении эффективной теплоемкости, учитывать нелинейность уравнения нестационарной теплопроводности и теплоту фазового перехода. Проведено численное исследование теплообмена при затвердевании капель содержащего свинец алюминиевого расплава в воздушной и водяной среде. Изучен характер влияния размера капель и перегрева расплава на динамику затвердевания гранул. Предложено основанное на законе квадратного корня приближенное соотношение, учитывающее величину перегрева жидкой фазы и связывающее толщину образующейся твердой фазы с длительностью процесса гранулирования