数值模拟电极缩孔对IN718合金电渣重熔过程的影响

利用自主开发的ESR过程仿真软件,针对直径430 mm的IN718合金铸锭,通过设计不同形状尺寸的电极缩孔,进行电渣重熔过程的数值模拟计算和分析。结果表明,基于电磁场、流场和温度场等多物理场耦合计算自主开发的ESR数学模型及仿真软件,可以用于ESR冶炼全过程数值模拟,模型计算的熔池形状和深度、二次枝晶臂间距分布规律与实际剖锭分析结果接近。电极中存在缩孔改变了电极与渣池的接触面积,从而显著影响渣池的焦耳热和电磁力分布,而缩孔沿电极轴向尺寸的变化对二者分布的影响则很少。在恒熔速条件下,当缩孔半径小于0.025 m时,缩孔对熔炼过程几乎没有影响;当缩孔尺寸继续增大时,渣池温度场和流场发生明显改变,渣池温度逐步升高,中心向下流速相对减弱;电极缩孔尺寸变化对熔池温度场及两相区尺寸影响不明显。缩孔半径尺寸对电流和功率等熔炼参数的影响呈非线性关系,临界变化值约为0.05 m,当缩孔半径低于临界值时,对电流和功率等影响较小;高于临界值时,随着缩孔半径增加,电流和功率显著增加,并且增速不断加快。从工艺过程控制稳定性角度而言,该尺寸电极缩孔半径应控制在0.05 m以下。