核电用大型钢锭电渣重熔工艺模拟及生产应用

论证了应用于核电主管道和12%Cr 转子钢用百吨级巨型电渣钢锭重熔过程数学模型,形成电渣重熔工艺过程三维数值模拟计算程序ESR3D.模拟了电渣重熔全过程,包括电极熔化,金属熔滴自由下落,金属熔池的形成,金属熔池和渣池的上升、移动,三组电极分别更换,在线安装上结晶器,钢锭在水冷结晶器中凝固等.模拟并优化的电渣重熔工艺应用于生产80～120t大型电渣钢锭,其质量满足核电和超超临界火电机组技术要求.     

Mn18Cr18N电渣重熔钢柱状晶生长的CA法模拟研究

通过分析研究电渣重熔大型钢锭柱状晶凝固组织的形成规律和微观形貌特征,提出了垂直于散热方向的等过冷度面形核规则和非周期性边界条件.根据柱状晶凝固组织生长方向和垂直于生长方向的过冷度比值,提出了柱状晶的平面元胞局域长大转变规则.基于Matlab软件平台,开发了Mn18Cr18N电渣重熔(ESR)钢锭柱状晶凝固组织的形核和长...     

电渣熔铸钢锭微观组织的模拟研究

电渣熔铸中的工艺参数决定金属熔池的形状和微观晶粒的尺寸及取向,并最终影响熔铸钢锭的质量。本文采用元胞自动机法,借助MATLAB软件,对电渣熔铸钢锭微观组织进行数值模拟研究,同时研究了渣池温度、侧面换热系数、底部换热系数对熔池形状和晶粒取向的影响,为实际生产提供了理论依据。     

电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究

电渣熔铸过程中熔渣的流动决定了熔铸体系温度场的分布以及金属熔池的形状，最终影响熔铸钢锭的质量。采用大型通用有限元分析软件ANSYS，对电渣熔铸体系渣池流场进行了模拟研究，所得结果与物理模拟实验结果完全一致。并以此为基础，研究了熔铸电流、填充比和电极端部形状对熔渣流速分布的影响，为实际生产提供了依据。     

电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究

电渣熔铸过程中熔渣的流动决定了熔铸体系温度场的分布以及金属熔池的形状,最终影响熔铸钢锭的质量。采用大型通用有限元分析软件ANSYS,对电渣熔铸体系渣池流场进行了模拟研究,所得结果与物理模拟实验结果完全一致。并以此研究了熔铸电流,填充比和电极端部形状对熔渣流速分布的影响,为实际生产提供了依据。     

电渣熔铸过程中电流大小对钢锭应力场影响的模拟

针对电渣熔铸钢锭各部位温差大、易产生热应力及测量困难的特点,采用大型有限元分析软件ANSYS,对电渣熔铸过程中电流变化时的钢锭应力场进行了模拟研究.结果表明,电流变化时的钢锭表面沿轴向自顶而下等效应力和轴向应力分布均遵循对数函数关系,模拟结果与实际结果吻合.运用此模型可预报钢锭应力场状况.     

Mn18Cr18N护环钢电渣重熔工艺的研究

通过对10t电渣炉电气特性的分析,确定了渣池输入功率最大时的临界电流值。理论分析了供电制度、电极直径、渣系和钢种对电渣重熔钢锭表面质量的影响机理。钢锭侧面凝固前沿位置即金属熔池具有无圆柱部分是判断电渣锭表面质量优劣的基本依据。工业试验和理论分析阐明了改善Mn18Cr18N电渣重熔钢锭表面质量的主要措施,并提出了合理的重溶工艺制度。     

电渣冶金法生产大型钢锭综述

介绍了采用电渣重熔、电渣焊接、电渣浇注和电渣热封顶法生产大型钢锭的工艺,并从钢锭质量、节能、成本等方面对比了上述4种方法的工艺特点.电渣重熔法生产的大型钢锭纯净度和组织均匀性较高,产品质量较好,但工艺设备复杂;电渣焊接法、电渣浇铸法和电渣热封顶法相比电渣重熔法,工艺和设备简单,能耗、成本较低,但产品质量较差.     

电渣熔铸过程电流大小对金属熔池影响的数值模拟研究

电渣熔铸过程中,金属熔池深度直接影响熔铸件的结晶,从而影响钢锭的质量。本文借助大型通用有限元软件AN-SYS,对不同电流大小时的金属熔池进行了模拟研究,得出金属熔池深度与电流大小之间存在一次线性函数关系的结论。模拟结果与实验值吻合较好。运用此模型可预报金属熔池状况,指导实际生产。     

新的电渣重熔技术

电渣重熔技术作为制造高质量钢的熔炼方法,已在世界上广泛应用。电渣重熔的主要炉型有结晶器固定式,结晶器移动式和钢锭下拉式三种。前者通常用于制造小断面钢锭,后两种近年来用于制造大断面钢锭。为了使高速钢等高质量工具钢在电渣重熔时达到内部质量均匀,尤其是碳化物的微细分布,     

Effects of electrode configuration on electroslag remelting process of M2 high-speed steel ingot

The electrode configuration determines the thermophysical field during the electroslag remelting(ESR) process and affects the final microstructure of the ingot. In this work, ingot with a diameter of 400 mm was prepared with two electrode configuration modes of single power ESR process, namely one electrode(OE) and two series-connected electrodes(TSCE). Finite element simulation was employed to calculate the electromagnetic field, flow field and temperature field of the ESR system. The results show that the temperature of the slag pool and the metal pool of the TSCE process is lower and more uniform than that of the OE process.The calculated temperature distribution of the ingot could be indirectly verified from the shape of the metal pool by the experiment. The experimental results show that the depth of the metal pool in the OE ingot is about 160 mm, while the depth of the TSCE ingot is nearly 40 mm shallower than that of the OE ingot. Microstructural comparisons indicate that coarse eutectic carbides are formed in the center of the OE ingot, whereas more even eutectic carbides appear in the center of the TSCE ingot. In general, compared with the OE process, the TSCE process is preferred to remelt high speed steel ingots.     

Simulation of electro-slag re-melting process of 120 t large ingot for nuclear power station and its application

Further research on metallic materials for the super critical rotator and the main pipe line of a nuclear power station is very important for developing the nuclear power industry.In this study,the mathematical model for 120 t large ingot was established,and the computer program ESR3D was developed to simulate the whole electroslag re-melting (ESR) process.This includes the electrode melting,metallic droplet falling,metal pool forming,metal pool and slag pool rising and moving,installation of top crystallizer,ingot solidifying,etc.The simulated average melting rate of the electrode was in good agreement with that in practical production.The optimized parameters were used to produce 80-120 t large ingots,and the quality of the ingots satisfied the specifications of nuclear power and the super critical generating unit.     

68t加氢反应器电渣锭质量问题分析

炉号13ESR032加氢反应器电渣锭在电渣重熔过程中出现炉口冒黄烟,渣变黑,渣由还原性变为氧化性。通过分析电渣锭质量问题产生原因,提出解决措施并实施生产改进。改进后的电渣锭成分合格,成功交货。     

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．     

灰铸铁电渣重熔过程石墨球化现象的研究

实验证明,采用高Ｓｉ含量铸铁自耗电极和含稀土氧化物的ＣａＦ２基熔渣,在直流反极性电渣重熔条件下,可制得球墨铸铁,铸铁中石墨球化现象是铁水经电化学变质处理的结果,熔渣中Ｍｇ１Ｃｅ阳离子在渣－金界面阴极区被还原进入铁水熔池,起到球化剂的作用,提高阳极区自耗电极中的Ｓｉ含量,可以抑制渣中Ｆｅ阳离子的形成,有助于上述电池化学还原反应的进行,这对建立新的冶金工艺技术有一定意义。     

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。     

MASS-TRANSFER MODEL ANALYSIS OF ESR PROCESS ON INDUSTRIAL UNIT

利用我们提出的电渣过程化学反应和传质模型,对R6chling-Burbach公司直径为2300mm的100t Cr-Mo-V透平转子钢锭电渣重熔过程作了放大估计和模拟.所得结果表明,由该模型估计的重熔过程中锭子和渣相成分的变化与实际结果非常相吻,也与实验室重熔过程中用Ca和Al脱氧的观测结果相符.该模型可望为实际重熔过程中的成分控制提供依据。