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.     

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.     

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...     

电渣重熔过程中渣系对NiCrMoV合金钢电渣锭洁净度的影响

针对NiCrMoV合金钢电渣重熔过程中Ti元素的烧损严重问题,通过实验室实验和热力学计算研究了不同渣系对电渣锭化学成分及夹杂物数量、成分和尺寸分布的影响规律。结果表明,电渣重熔后电渣锭中总氧含量明显增加,由自耗电极的15.1×10^-6增加至(31.3～42.1)×10^-6,夹杂物数密度增加至6.54～15.95个/mm²,而氮含量变化不大;采用渣系70%CaF₂-30%Al₂O₃和55%CaF₂-25%Al₂O₃-17%CaO-3%MgO时,电渣锭中Ti元素的烧损严重,夹杂物以Al₂O₃为主,渣相中添加一定量的TiO₂能较好地控制重熔后Ti的烧损,夹杂物类型主要由Al₂O₃、Al₂O₃-CaO-TiO₂、其他氧化物夹杂...     

电渣重熔过程中渣成分变化的研究

采用热重-差热分析法对AH6(70%CaF₂)、M-1(42%CaF₂)、L-3(15%CaF₂)和F-2(无CaF₂)4种重熔渣进行热重-差热分析,利用X-射线衍射(XRD)技术对高温熔炼渣结构进行检测。结果表明,CaF₂与渣中其他氧化物发生反应生成的氟化物气体导致渣系失重,并造成初始渣成分和终点渣池的渣成分存在明显差异;随初始渣CaF₂含量的增加,氟化物失重率增大,1 500℃时AH-6、M-1、L-3和F-2渣的失重率分别为11.92%、7.84%、4.87%和0.38%。XRD检测高温熔炼渣发现渣池中出现结构复杂、熔点较高的2CaO·SiO₂(2 130℃)、3Al₂O₃·2SiO₂(1 750℃)、CaO·6Al₂O₃(1860℃)和11CaO·7Al₂O₃·CaF₂(1577℃)等物质,导致渣皮形成过程中发生成分偏析,使电渣重熔全过程中渣池的化学组成和渣壳相组成无法始终保持恒定。      

三相电极电渣重熔过程温度场与流场研究

基于有限体积法发展了三相电极电渣重熔过程的瞬态多场耦合数学模型.通过简化麦克斯韦方程组得到适用于电渣重熔体系的电磁场输运方程,计算出了洛伦兹力和焦耳热的分布,并将两者分别耦合到动量与能量方程中.同时采用RNG k-ε湍流模型计算湍流粘度,通过自定义函数描述电极的集肤效应.研究结果表明:焦耳热主要集中在渣池内,其最大值在电极底部内侧与渣的交界处.渣池内温度较高,分布比较均匀,温度的最大值出现在三根电极中心的渣层区域.渣池内的流动由重力、洛伦兹力和浮升力引起的.三电极的金属熔池是一个U型剖面,相较于单电极的V型金属熔池剖面更浅、更平缓.     

电渣重熔热平衡计算及电渣降耗

本文通过计算电渣重熔热消耗,电参数及有关技术数据,说明电渣重熔的热效率极低,单位电耗很高.由计算式推导得出采用提高熔化速度,减少渣层厚度,增大自耗电极直径等措施可有效降低热消耗,提高热效率.     

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.     

Inconel718高温合金电渣重熔铝钛元素烧损热力学分析

 为了研究Inconel718高温合金电渣重熔过程中渣系各组元对合金中易氧化元素铝、钛的影响，以五元渣系CaF2-CaO-Al2O3-MgO-TiO2为基，通过分子与离子共存理论，根据渣金界面中各组元的平衡反应和物质守恒，建立了Inconel718高温合金电渣重熔过程中渣金界面铝、钛元素氧化反应的热力学模型。通过分析该模型并对模型结果进行渣金平衡验证试验，验证了模型的有效性。研究结果表明，渣中CaF2、MgO质量分数的变化对合金中铝、钛元素的影响很小；渣中Al2O3有烧钛增铝的作用，TiO2有烧铝增钛的作用，CaO能够抑制铝元素的烧损；能够有效减少Inconel718高温合金电渣重熔过程中铝、钛元素烧损的渣系配比为CaO质量分数为20%～25%、TiO2质量分数为4%～6%、MgO质量分数为1%～4%、CaF2质量分数为50%～60%、Al2O3质量分数为15%～20%。     

电渣重熔轴承钢中的硅元素烧损的控制

以G20Cr2Ni4A轴承钢为研究对象,根据现场生产数据,对不同电极氧质量分数下的硅烧损、渣中不同SiO2质量分数下的硅烧损以及不同氩气流量下的硅烧损率进行了统计分析,研究了电渣重熔中不同保护气氛下以及不同工艺下对电渣锭硅质量分数的影响。结果表明：保护气氛电渣炉生产的电渣锭硅烧损小且成分均匀,当氧质量分数控制到0.001%下时,硅不易烧损;当采用非保护气氛冶炼G20Cr2Ni4A钢时,渣系中的SiO2质量分数在2%时能够保证硅的波动比较小,当采用保护气氛冶炼时,渣系中的SiO2质量分数在1%时对硅的控制效果良好;采用非保护气氛电渣炉,由于渣- 气界面传氧以及电极氧化增重的不断变化,硅的烧损也呈增大趋势。针对于厂内30 t保护气氛电渣炉,氩气流量增加到50 L/min时,生产的电渣锭成分均匀,经济性良好。     

国外电渣重熔概况及我国电渣重熔的发展方向

对国外电渣重熔现状进行了概述,并对我国电渣重熔的发展方向提出设想.     

Modeling of flow and temperature distribution in electroslag remelting withdrawal process for fabricating large-scale slab ingots

Currently, the market demands for large-scale and high-quality slab ingots are increasing significantly.A novel electroslag remelting withdrawal (ESRW) process with two series-connected electrodes and a T-shaped mould was developed to produce large-scale and high-quality slab ingots.It is very difficult to ob-tain large slab ingots with good surface quality and high width-to-thickness ratio.And it is not efficient for improving the quality of slab ingots by using trial-and-error-based approaches because the ESRW mecha-nisms are very complex.Thus, a three-dimensional mathematical model was developed to determine the relationship between process parameters and physical phenomena during the ESRW process.The relation-ship between the temperature field of the ESRW process and the surface quality of slab ingots was estab-lished.A good agreement between the simulated and measured temperature fields of slab ingots was ob-tained.The results indicate that the maximum values of current density, electromagnetic force and Joule heat all occur at the electrode-slag interface between the two electrodes.It can be found that the flow is turbulent and the temperature distribution is uniform in the slag pool with the influences of buoyancy and electromagnetic force.The wrinkles in the narrow faces of slab ingots are caused by the relatively lower in-put power.Increasing the electrode width and reducing the curvature can significantly improve the surface quality of slab ingots.     

S08A自耗电极及电渣重熔工艺试制

本文论述了优化电炉配料、选用优质石灰、精选萤石、电炉出钢换渣工艺;电渣重熔采用四元渣系,选用提纯萤石,重熔过程全程氩气保护铝粒脱氧等工艺措施,生产出低碳、低硅、低氮及残余、五害元素符合要求的自耗电极及电渣锭,经轧制成材检验低倍组织及非金属夹杂物符合技术协议要求。     

气体保护电渣重熔过程中电渣锭的洁净化控制

进一步提高电渣重熔过程钢的洁净度是提高最终钢材综合机械性能的关键环节之一.本文探讨了洁净钢电渣重熔过程的几个重要方面.降低钢中总氧和硫含量,减少钢中非金属夹杂物是洁净钢生产的重要任务.本文还介绍和讨论了电渣冶炼洁净钢过程中氧、硫和夹杂物控制的相关理论及最新研究结果.     

Distribution law of flow field and temperature field in electroslag remelting withdrawal process

A three- dimensional mathematical model was developed to describe the interaction of multiple physical fields during the electroslag remelting withdrawal (ESRW) process. Flow fields and temperature fields of the ESRW system were simulated by commercial software ANSYS. The flow fields, temperature fields and the shapes of the molten pool during the ESRW process with different electrode immersed depths and slag heights were analyzed and compared. The temperature of ingot surface was measured, and the accuracy of simulation results was verified. The results show that there are two pairs of vortexes in slag bath during the ESRW process. A pair of large vortexes turns counterclockwise, and another pair of small vortexes rotates clockwise. The speed of slag increases with the increasing of immersion depths of the electrode, and decreases with the increasing of slag heights. There are two high temperature zones in the slag bath, and the temperature in the slag bath is higher than that in the metal bath. The temperature of ESRW system (electrode, slag bath and ingot) becomes higher with the increasing of immersion depths of the electrode, whereas becomes lower with increasing of slag heights.