电渣重熔大型钢锭的数值模拟

大型钢锭是核电、石化等行业的必备材料,电渣重熔是生产大型高质钢锭的有效方法.本文对采用单电极、三电极和四电极电渣重熔生产80t钢锭的体系进行了数值模拟和分析,结果表明,在生产大型钢锭时,四电极的布置方式更有利于钢锭质量的控制.     

多电极电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

多电极电渣重熔系统比单电极系统具有感抗小、电耗低、熔化率高等特点,目前广泛应用于生产大型钢锭.掌握多电极电渣重熔系统中电磁场的分布情况对于提高钢锭质量和节省电能都很重要.本文以多电极电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了能够考虑集肤效应的三维谐波电磁场数学模型,采用Maxwell方程、Lorentz定律和Jo...     

电渣重熔空心钢锭技术的开发

 首先总结和评价了大型筒体的制造方法,以及不同方法生产空心钢锭的优缺点,重点分析了传统电渣重熔法生产空心钢锭存在的主要问题。在此基础上,与乌克兰Elmet-Roll公司合作开发了基于双电源、T型导电结晶器和电极交换的电渣重熔空心钢锭的新技术。成功地试制了多个钢种（35CrMo、P91、TP347和Mn18Cr18N等）和不同规格（[?]900/[?]500 mm、[?]900/[?]200 mm、[?]650/[?]450 mm,最长锭尺寸为6 000 mm）的电渣空心钢锭。工业试验表明,生产的空心锭表面质量和内部质量优异,结晶组织致密,洁净度高,是生产高端厚壁管和筒体锻件的理想材料。     

多电极电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

多电极电渣重熔系统比单电极系统具有感抗小、电耗低、熔化率高等特点,目前广泛应用于生产大型钢锭.掌握多电极电渣重熔系统中电磁场的分布情况对于提高钢锭质量和节省电能都很重要.本文以多电极电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了能够考虑集肤效应的三维谐波电磁场数学模型,采用Maxwell方程、Lorentz定律和Joule定律分析了渣、钢锭和电极的磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明:电流的最大值出现在电极内侧,与渣池的交界面处;由于电极的自感和互感的相互作用,两对电极内侧的磁感应强度增大,外侧的磁感应强度减小;焦耳热的最大值出现在渣中,电极底部内侧与渣的交界处.参数研究还发现:当源电流增大时,在电极内靠近壁面处的电流呈线性增大;当频率大于等于35 Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.     

电渣重熔速度对H13钢组织和冲击性能的影响

利用双极串联电极坯电渣重熔直径φ385mm H13钢锭,研究了快速重熔与慢速重熔对电渣锭的铸态组织、锻造成品的退火组织和冲击性能的影响。结果表明:快速重熔比慢速的电渣锭的二次枝晶间距大,并且一次碳化物等枝晶间显微偏析严重;慢速重熔的锻造成品的退火组织均匀和带状偏析减轻,横向冲击性能明显提高,达到NADCA207-90标准规定的优质H13钢的水平。     

工艺参数对电渣重熔空心钢锭凝固过程影响的数值模拟

凝固过程的控制对于保证和提高钢锭的质量十分重要,电渣重熔空心钢锭过程的凝固控制主要是对电渣重熔过程中金属熔池形状和深度进行控制,尤其以熔池深度作为凝固控制的主要参数.本文基于ANSYS和CFX软件对电渣重熔空心钢锭的凝固过程进行数值模拟研究,通过改变渣池深度、电极插入深度、电极布置方式来比较不同工艺参数对电渣重熔空心钢锭金属熔池形状的影响.模拟结果表明,在相同输入功率下,随着渣池深度的增加,金属熔池逐渐变浅;随电极插入深度的加深,金属熔池逐渐变深;十电极布置方式比八电极布置的金属熔池深,但渣/金界面的温度变化相对较小.     

T型结晶器抽锭电渣重熔高速钢90 mm方锭新工艺

 晶界处碳化物严重影响高速工模具钢的红硬性和耐磨性能,电渣重熔工艺能够有效地改善钢锭中碳化物尺寸及分布。传统电渣重熔生产较小钢锭的截面尺寸约为[?]200 mm,减小钢锭截面尺寸和增大冷却速率将会进一步减轻碳化物的偏析程度,但将降低生产效率、提高生产成本。采用双极串联、T型结晶器、抽锭电渣重熔新工艺生产90 mm方锭,并与相同熔化速度传统电渣重熔生产[?]200 mm钢锭进行对比试验。对钢锭成分、低倍、夹杂物、显微组织进行检验分析结果表明,90 mm方钢锭中碳化物尺寸和分布明显优于[?]200 mm钢锭,碳化物在后序锻造或轧制过程中更容易被破碎。新工艺电耗也低于传统电渣重熔工艺。     

电渣连铸技术的开发

在结合电渣重熔和连铸技术优点的基础上。东北大学钢铁冶金研究所采用双极串联、交换电极及在线切割等技术，在国内首次成功地开发了电渣连铸（ESCC）技术；解决了电渣重熔钢锭直径小于300mm时熔速很慢、冶炼费用很高的难题。通过对重熔方坯质量的低倍、高倍、夹杂物检验等分析表明，该技术生产的方坯表面质量和内部质量良好，具有广泛应用前景和经济价值。     

抽锭电渣重熔过程的流场和温度场的分布规律

建立抽锭电渣重熔过程多物理场三维数值模型,采用商业软件ANSYS对抽锭电渣重熔体系的流场和温度场进行了模拟计算。比较分析了不同电极浸入深度和不同渣池深度下抽锭电渣重熔过程的流场、温度场和金属熔池结构。通过实验测定抽出结晶器时的钢锭表面温度,验证了模拟结果的准确性。研究结果表明,抽锭电渣重熔过程的渣池内有2对漩涡生成,一对大的漩涡逆时针转动,另外一对小的漩涡顺时针转动;熔渣的速度随着电极浸入深度的增加而增大,随着渣池深度的增加而减小;渣池内有2个高温区,渣池内的温度高于金属熔池的温度;抽锭电渣重熔体系(电极、渣池和钢锭)的温度随着电极浸入深度的增加而上升,随着渣池深度的增加而下降。     

大型钢锭电渣重熔工艺数学模型的建立及模拟计算

 基于传热学基本理论,建立了80 t级三相电渣炉大型钢锭电渣重熔过程数学模型,并通过工业生产75t TP316LN奥氏体不锈钢钢锭验证模型,研究了大型电渣钢锭温度场分布情况及二次晶间距的变化情况。结果表明：渣池中心部位温度达1800℃,自上而下沿着传热方向中心线温度逐渐降低;金属熔池最深处达1500mm,大约等于钢锭直径的0.8倍;金属熔池上方具有50mm圆柱段以保证渣皮薄而均匀;二次枝晶间距大小由钢锭外侧边缘向中心部位呈递增趋势,模拟结果与实际生产情况吻合。     

电渣重熔过程中焦耳热与温度场的有限元分析

建立了电渣重熔过程中的电磁场与温度场的耦合数学模型,利用商业软件ANSYS对包括电极、渣池和钢锭的一体化电渣重熔系统电磁场、焦耳热场和温度场进行有限元计算,并分析冷却水温对重熔系统温度的影响.结果表明:重熔系统中的焦耳热主要分布在渣池中,其最大值出现在渣池与电极端口接触处,即电流密度最大处;重熔系统的最高温度出现在电极...     

双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

以双级串联电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了三维谐波电磁场数学模型,分析了其磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明:对于双电极电渣重熔系统,临近效应占据主导,这和单电极电渣重熔系统集肤效应占主导完全不同.电流密度主要集中在渣内上半部分及两对电极的内侧,并且只有总电流的1/5～1/4流经钢锭;焦耳热的最大值出现在渣中及电极底部内侧.参数研究还发现:当频率大于等于35Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.     

电渣重熔超低硫巨型钢锭

生产超低硫大钢锭技术是近十年来炼钢的主要进展。本文介绍充分发挥电渣冶金的强制脱硫优势，开发了重熔百吨以上锻件用巨型电渣锭获得超低硫(≤0．0020%)的电渣重熔技术。将其应用于200t电渣炉，迄今巳连续生产不同钢种90～180t电渣锭数十报，最大锻件约180t。产品中的硫含量不超过0．0020%，部分产品低选0．0005％。应用超低硫技术不增加生产成本。     

快速抽锭电渣重熔M2高速钢160 mm×160 mm铸坯工艺及质量

为控制高速钢钢锭组织的不均匀性和碳化物偏析问题,常采用电渣重熔生产小规格钢锭,但其生产效率低、成材率低。采用快速抽锭电渣重熔小规格长电渣坯可提高生产效率和成材率,利用T型导电结晶器快速抽锭电渣炉以不同熔速重熔M2高速钢160 mm×160 mm方长坯并锻轧成材,通过对电渣坯成分、低倍、铸态组织及轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸检测分析,并与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材进行对比,分析表明快速抽锭电渣炉以400 kg/h熔速重熔的电渣坯成分稳定、低倍组织良好,生产的轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材相当,而生产效率、成材率有明显提高。     

快速抽锭电渣重熔M2高速钢160 mm x160 mm铸坯工艺及质量

为控制高速钢钢锭组织的不均匀性和碳化物偏析问题,常采用电渣重熔生产小规格钢锭,但其生产效率低、成材率低。采用快速抽锭电渣重熔小规格长电渣坯可提高生产效率和成材率,利用T型导电结晶器快速抽锭电渣炉以不同熔速重熔M2高速钢160 mm×160 mm方长坯并锻轧成材,通过对电渣坯成分、低倍、铸态组织及轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸检测分析,并与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材进行对比,分析表明快速抽锭电渣炉以400 kg/h熔速重熔的电渣坯成分稳定、低倍组织良好,生产的轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材相当,而生产效率、成材率有明显提高。     

200t电渣炉炉盖的模型实验

一、前言电渣重熔是国际上50年代发展起来的精炼技术,用它炼得的钢具有极好的内在质量和机械性能,是获得优质大型锻件极有前途的生产途径之一。图1为电渣重熔过程示意图。1980年上半年,我国自行设计制造的200t级大型电渣重熔炉在上重厂建成,它的建成填补了国内空白,为国家节省了大量     

电渣重熔过程中氧含量的控制

电渣重熔钢锭中的氧主要来源于自耗电极中的原始氧、在电极制造和重熔时渣池上方电极表面生成的氧化铁皮、渣料带入的不稳定氧化物和电渣重熔过程中气氛中的氧,为了有效地控制电渣锭中的氧含量,必须使用复合脱氧剂对自耗电极进行终脱氧,对自耗电极表面进行处理,严格控制渣中不稳定氧化物的含量,以及降低电渣重熔过程中气氛中的氧分压.     

抽锭电渣重熔718塑料模具钢板坯锭的新工艺

针对大型塑料模具毛坯电渣锭凝固过程中产生疏松和偏析等缺陷,从改变大型钢锭凝固条件角度出发,试图将大圆钢锭改为等截面面积的扁锭,同时采用双极串联供电控制渣池的温度场,以达到提高钢锭凝固质量的目的.本文介绍了采用双极串联、T型结晶器,抽锭电渣重熔工艺生产了0.32 m×2.0 m×4.0 m的718塑料模具钢板坯工业试验,重熔板坯锭的检验结果表明,板坯锭成分、低倍等凝固质量显著提高.     

提高不锈钢重熔锭底部表面质量的工艺探索

我公司的锻件产品人多采用“电炉+电渣重熔”生产钢锭的工艺路线,生产不锈钢重熔锭时,底部常产生夹渣和渣沟,这一问题困扰我们多年.本文介绍了这一问题的解决过程,希望能对我们技术人员提供一些借鉴.     

电渣重熔技术的革新

电渣重熔技术是生产非常纯净的特殊钢和合金所采用的生产工艺，这一点已经得到了很好地证明。该技术的近期开发将会在钢工业领域有新的应用。新开发的快速电渣重熔工艺(ESRR)能够以较高的熔化速率重熔小坯料，而新的导电结晶器技术甚至可为非常大的钢锭分别提供温度和熔化速率的控制。没有自耗电极的电渣重熔(ESR)工艺彻底开辟了如像电渣连铸这样的可能性。