电渣重熔M2高速钢共晶碳化物控制研究

采用普通电渣重熔工艺和新型抽锭式电渣重熔工艺制备M2高速钢,研究了熔池深度与局部凝固时间等参数对高速钢铸锭共晶碳化物形貌和类型的影响.结果表明,电渣重熔工艺不改变碳化物类型,两种工艺制备的M2铸锭都存在M6C、MC、M2C三种类型的碳化物.抽锭式电渣重熔工艺通过有效控制电渣锭直径(D=120 mm)、熔速(11 mm/min)及熔池深度(h=50 mm),减少局部凝固时间,促进平直层片状共晶碳化物转变为离异棒状、粒状碳化物,碳化物平均晶粒尺寸小于50 μm.加快冷却速度会降低组织中共晶碳化物的质量分数,同时也会降低共晶碳化物中强碳化物形成元素如W、Mo、V的含量,使更多碳化物及合金溶于基体中.     

电渣重熔金属熔池深度的实用测定方法

介绍一种实用的电渣重熔熔池深度的测定方法,通过测定可绘制熔池形状图,并介绍了据此改善工艺参数,提高电渣锭质量的实例。     

三相电极电渣重熔系统中的磁流体流动和传热分析

建立了三相电极电渣重熔的全耦合三维非稳态模型,研究了电渣炉内的电磁现象、两相流动、传热以及凝固现象。其结果表明:大量的电流流经金属熔滴和熔渣,极少数的电流流经凝固锭。焦耳热功率密度的最大值出现在电极周围和金属熔滴中。高温区位于渣池上部的中心,渣池的平均温度随电流的增大而升高。金属熔池为扁平的U形轮廓,当电流升高时熔池加深并且加宽。     

大规格钛扁锭凝固过程的非稳态数值计算研究

在大规格钛扁锭半连铸过程中,固相分数和熔池形貌对得到优质钛锭有着重要影响。本文以有限元为基础,采用数值模拟计算方法对大规格钛扁锭半连铸过程进行非稳态计算,重点研究了不同生产工艺条件对固相分数和熔池形貌的影响。研究表明,随着浇注温度和拉锭速度的增加,固相分数和熔池形貌变化区域的长度呈线性减小,钛锭熔池深度和钛锭1/4处熔池的深度呈线性增加。相对于浇注温度,拉锭速度对固相分数的影响更为显著。     

真空自耗电弧熔炼中电磁搅拌的数值模拟

利用ANSYS软件对真空白耗电弧熔炼的电磁搅拌过程进行三维模拟计算,分析重熔电流、磁场和洛伦兹力的分布情况,讨论了搅拌线圈对磁场和搅拌力的影响.结果表明:重熔电流从坩埚擘经熔池表面流回电极,铸锭和坩埚底部几乎没有电流;重熔电流产生环绕对称轴的磁场,磁场强度从电极中心到坩埚外壁呈先增大后减小的趋势;搅拌线圈产生平行于对称轴的磁场,其磁感应强度在铸锭部分呈均匀分布;施加搅拌线圈产生了使熔池发生旋转的洛伦兹力.     

钛锭连铸过程中结晶器高度与厚度对凝固界面形貌的影响

应用有限元数值计算方法研究了电子束冷床熔炼连铸钛锭过程中水冷结晶器高度及厚度对大规格钛锭固液界面形貌的影响规律。结果表明:在相同的工艺条件下,随着水冷结晶器的高度增加,钛锭的熔池深度逐渐降低,当水冷铜结晶器高度超过结晶器有效散热高度(300)mm后,钛锭的固液界面形貌趋于稳定;随着水冷结晶器厚度的增加,钛锭的熔池深度逐渐增加,固相率逐渐降低,但钛锭固液界面的熔池形貌变化不显著。     

电渣熔铸过程的数值模拟研究

利用了前人关于熔滴在渣池中行为的研究成果和渣池中有关传热规律的试验资料,考虑到电渣熔铸过程始终有强电流介入,建立了包括金属熔池、两相区和凝固锭在内的电渣锭凝固传热数学模型,模型预测值与试验值吻合较好.运用此模型可预报金属熔池状况,便于现场调整工艺参数.     

大规格钛锭连铸过程中熔炼速度对凝固界面的影响

通过建立电子束冷床熔炼大规格钛锭稳态连铸模型,考虑了温度场和流场的耦合行为,使用有限元方法定量地获得熔炼速度对大规格钛锭凝固过程中的熔池深度和固相率的影响规律。结果表明:在一定工艺条件下,流场耦合温度场后固相率将增加,熔池深度将降低;当熔炼速度降低时,固相率增加,熔池深度降低,同时钛锭液相区流速降低。     

电渣重熔过程中渣池内温度分布对冶金质量的影响

本文探讨了渣面温度对高温合金电渣重熔过程中Al,Ti控制的影响及金属熔池/渣池界面温度分布与锭表面质量的关系。当结晶器对底水箱不绝缘时,渣面温度较高,熔炼后期氧从大气向渣中转移速度v_(s-g)~(O_2)比绝缘时大2—3倍;熔炼前期增Al倾向比绝缘时大。炉口电压增加,渣面温度升高,Ti烧损量加大。试验条件下,电压增加1V,Ti烧损量约增加0.03%。金属熔池/渣池界面温度分布可用公式t=ae~(B/d) (B<0)来描述,它对电渣重熔锭表面质量具有决定性影响。文中提出了确定这一分布的方法。锭表面质量可用重熔过程中渣皮厚度的变化来衡量。渣皮厚度δ=B/(1nt_l-1na)。渣池内电流密度分布及结晶器壁附近的热传导条件、渣的液相线温度以及所有影响“高温区间”温度的因素的变化均可导致锭表面质量的改变。     

EFFECT OF TEMPERATURE DISTRIBUTION ROUND THE MOLTEN SLAG POOL ON INGOT QUALITY DURING ESR PROCESS OF SUPERALLOY

本文探讨了渣面温度对高温合金电渣重熔过程中Al,Ti控制的影响及金属熔池/渣池界面温度分布与锭表面质量的关系。 当结晶器对底水箱不绝缘时,渣面温度较高,熔炼后期氧从大气向渣中转移速度v_(s-g)~(O_2)比绝缘时大2—3倍;熔炼前期增Al倾向比绝缘时大。炉口电压增加,渣面温度升高,Ti烧损量加大。试验条件下,电压增加1V,Ti烧损量约增加0.03％。 金属熔池/渣池界面温度分布可用公式t=ae~(B/d) (B<0)来描述,它对电渣重熔锭表面质量具有决定性影响。文中提出了确定这一分布的方法。锭表面质量可用重熔过程中渣皮厚度的变化来衡量。渣皮厚度δ=B/(1nt_l-1na)。渣池内电流密度分布及结晶器壁附近的热传导条件、渣的液相线温度以及所有影响“高温区间”温度的因素的变化均可导致锭表面质量的改变。     

电渣熔铸过程中金属熔池深度的数值模拟研究

利用前人关于熔滴在渣池中行为的研究成果和渣池中有关传热规律的实验资料。考虑到电渣熔铸过程始终有强电流介入,建立了包括金属熔池、两相区和凝固锭在内的电渣锭凝固传热数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。运用此模型可预报金属熔池状况,便于现场调整工艺参数。     

Effects of electrode immersion depth and remelting rate on electroslag remelting process

In the electroslag remelting process, the electrode molten state is a critical factor determining the ingot quality, while the electrode immersion depth and melting rate are key factors for the stability of the electroslag re-melting process. Studies were carried out to investigate the microscopic and macroscopic effects of electrode immersion depth and melting rate on the potential distribution and heat density in the slag bath, and on the depth and shape of the molten bath. Based on the finite element method and the numerical solution method, the effect of the electrode immersion depth on the slag bath heat density was researched; the relationship between the electrode immersion depth and the slag resistance was obtained; and the unsteady-state model of the solidification process of the re-melting ingot was solved using the finite difference method. The mathematical model and physical model of the electrode melting process were established and solved; and the corresponding curves between the electrode molten-state and slag-bath physical parameters were obtained. The experimental results verified the simulated results studied in this paper.     

Efficient forging process to improve the closing effect of the inner void on an ultra-large ingot

The internal state of an ingot structure manufactured by the casting process has many loose structures. Generally, loose ingot structures make it difficult to obtain sound material properties. Unsound factors such as voids, porosity and shrinkage in the ingot can be improved by the forging process. The closing of the internal voids depends on the forging process. In this study, numerical analysis was carried out to find the upsetting and cogging processes increasing the internal forging effect of an ultra-large ingot (520 tons). Various parameters such as the ratio of height to diameter of ingot, shifting method, die staggering, and pressing depth were investigated. In addition, verification tests were performed visually using a 1/25 scale model test with pure lead. Results from the numerical analysis and the scaled-down model experiment were compared. The optimal forging process was applied to manufacture a mock-up product. An efficient forging process was suggested to improve the void closing and to achieve the uniform forging effect in the upsetting and cogging process of an ultra-large ingot.     

电渣重熔体系内磁场的数学模拟

基于Ｍａｘｗｅｌｌ方程组及有关的电磁场理论，提出了更切合实际情况的电渣重熔体系内磁场的数学模型，并应用于结晶器直径２００ｍｍ的实验室重熔装置．对直径７６ｍｍ低碳低合金钢电极的重熔过程（３０００Ａ（有效值），ＣａＦ２＋３０ｍａｓｓ％Ａｌ２Ｏ３＋２０ｍａｓｓ％ＣａＯ渣系），结果表明，磁场强度的幅模在电极内沿端部锥体形成方向不断增大，至接近锥顶处达最大值，约为２．６×１０４Ａ／ｍ，此后在渣池、锭子熔池、液固两相区和固态锭子内沿轴向向下逐渐减小；沿半径方向，在电极和渣池内呈现一峰值，在液、固金属区内则单调增大至边界条件限定值．对在直径１４０ｍｍ的结晶器中以直径８０ｍｍ的电极和ＣａＦ２＋ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ渣系生产高速钢（Ｍ２）锭的过程，以该模型估计的重熔体系渣池和金属熔池内磁场强度（幅模）的大小和分布与实测结果较相吻合．该模型可作为研究电渣重熔体系内熔体流动，传热和传质过程的基础．     

真空感应炉冶炼钢锭常见缺陷成因分析

分析了真空感应炉冶炼过程中,因钢锭模内表面有水汽、钢液落差较大等原因造成钢锭表面呈蜂窝状,并夹杂有大量冷豆及皱皮,可以通过清理钢锭模内壁、涂刷耐火涂料以及降低钢液落差的方式加以解决。同时,对因冷却速度不同及无法及时补缩导致钢锭头部出现疏松、缩孔进行了成因分析,并提出可以通过添加保温材料的方式进行解决。     

钛合金TC4真空自耗熔炼工艺参数对宏观偏析影响

采用Fluent软件模拟了钛合金TC4真空自耗熔炼过程中温度场、流场和溶质场相互作用,研究了与铸锭直接相关的3个工艺参数(熔速、铸锭上表面温度和冷却强度)对铸锭宏观偏析的影响规律。结果表明：不同熔炼条件下,在铸锭1000 mm高度处的铁元素径向偏析均呈钟形分布,即铸锭芯部为正偏析,表面区域为负偏析,且负偏析程度均大于正偏析。熔炼速度对铸锭温度场和宏观偏析的影响最为明显：当熔炼速度由0.15 mm/s增加到0.18 mm/s时,铸锭达到稳定熔炼阶段时的高度由1200 mm增加到1600 mm,熔池深度由494 mm增加到738 mm。当距铸锭中心距离小于130 mm时,偏析随熔炼速度增加而减小,在熔炼速度为0.15 mm/s时达到最大值,为3.36%;当距铸锭中心距离大于295 mm时,偏析随熔炼速度增大而增大,在熔炼速度为0.21 mm/s时达到最大值6.23%。铸锭上表面温度和冷却强度对宏观偏析和熔池深度的影响不明显。通过正交分析得到3个主要工艺参数对宏观偏析影响程度为：熔炼速度>冷却强度>铸锭上表面温度,并得到最优工艺参数为熔炼速度0.15 mm/s、铸锭上表面温度21...     

伍德合金模拟钢液的底吹研究

采用伍德合金模拟钢液，研究单孔喷嘴底吹，观察熔池液体涌起高度及同质固体小球在溶池中的传热熔化规律。实验表明，液体的涌起高度及熔池传热与底吹流量、熔池深度和熔池中的不同区域等因素有关。     

大高径比钢锭铸造过程中缩管的研究

采用数值模拟和工业试验相结合的方法研究了大高径比铸锭内缩管的分布。利用5.3t钢锭解剖结果,验证了所建立数学模型的准确性。在此基础上,研究了10.5t钢锭内缩管的形成机理,并进一步探讨了不同浇注工艺对铸锭内缩管分布的影响。结果表明,浇注温度、浇注速度和铸模外表面冷却强度的变化对铸锭内缩管分布的影响较小。随着绝热砖长度增加,缩管深度会降低。当绝热砖长度超过500mm后,增大绝热砖长度对铸锭缩管分布影响不大。     

新型气膜约束成形铝合金连续铸锭的研究

设计了一种新型气膜约束铝合金连铸结晶器,在结晶器与初凝壳之间可以形成气膜.设计思想是减少结晶器内的横向散热,形成连铸坯近似单向散热的条件,降低结晶器内的液穴深度,缩短初凝壳长度,从而减少或消除铝合金连铸坯内部缺陷,提高铝合金连铸坯内外品质.对新型结晶器与传统结晶器进行了传热数值模拟,证明凝固温度场发生很大变化.利用新型结晶器对7075铝合金进行了连铸试验,在气膜稳定平衡的条件下,连铸坯表面光滑.探讨了拉速、气体流量和气体压力的关系及其对连铸坯品质的影响,在液面高度稳定时,控制气体流量可以控制气膜的稳定性.