工业电渣重熔过程电极插入深度数学模型及应用

为了预测不同实际电渣重熔过程中合理的电极插入深度,利用Fluent软件中的MHD模型计算得到电渣重熔稳态条件下不同电极插入深度、渣量以及炉渣电导率对应的电阻值,结合实际生产应用的电力制度,建立了工业电渣重熔过程电极插入深度数学模型。通过对比发现,计算值与现场实测值之间的相对误差很小。利用此模型设计了电渣重熔轴承钢所用的渣量及配比,较好地解决了冶炼过程中过度增氧的问题,电渣锭的洁净度明显提高。     

70CaF_2-30Al_2O_3渣系重熔参数控制对电渣锭下部表面质量的影响

根据双臂电渣炉冶炼的521钢(/%:0.37~0.45C,0.80~1.15Si,4.50~5.30Cr,1.20~1.40No,0.85~1.10V)和GCr15钢(/%:0.97C,1.57Cr)电渣锭下部出现的表面缺陷,统计分析了70CaF_2-30Al_2O_3二元渣量、下部冶炼电压和电流以及重熔时间对2.5~5 t电渣锭表面质量的影响。结果表明,控制重熔时间(重熔速率)对电渣锭的表面质量有较大影响:5 t 521钢锭渣量200kg,钢锭下部重熔电压55 V,电流15 500~16 800 A,总重熔时间为434~489 min时,钢锭表面光滑,总重熔时间500 mim时,电渣锭下部有厚15 mm的渣疤;2.5 t GCr15钢锭渣量120kg,下部重熔电压43~44 V,电流13 500~14000 A,总重熔时间316~359 min,钢锭表面光滑,总重熔时间380 min,电渣锭下部有7mn深渣沟和夹渣。     

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。     

电渣重熔板锭过程中温度场的动态模拟

根据钢的电渣重熔过程的特点,建立了板锭电渣重熔的非稳态模型,以模拟在不同重熔速度下板锭重熔过程的温度场和分析影响金属熔池深度的因素。模拟结果表明:横截面尺寸400 mm ×2000 mm,20 t板锭重熔过程中,当重熔速度3～5 mm/min时,重熔速度越大,熔池深度越深;当重熔锭的高度达到铸锭厚度的2倍左右时,系统处于准稳定状态,熔池深度不再变化。     

电渣重熔过程渣池流场数值模拟

采用商业软件ANSYS和FLUENT建立了电渣重熔过程渣池流场数学模型,分析了电渣重熔过程电磁力和热浮力共同作用下渣池流动行为,以及典型电渣重熔工艺参数(电极形貌、插入深度、填充比和电流强度)对电渣重熔过程渣池内流场的影响规律.结果表明:电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流,浮力有利于渣池产生顺时针涡流.电极端部形貌对渣池流动影响较大,当电渣重熔电流均为5 000 A,频率为50 Hz时,平头电极所在渣池内同时存在逆时针涡流和顺时针涡流,锥形电极所在渣池内只存在逆时针涡流.电极填充比和电流都对渣池内流动行为影响较大,减小电极填充比和增大电流强度都会使渣池内逆时针涡流增加.     

电极插入深度对电渣重熔过程的重要性

电极插入渣池的深度,对电渣重熔过程起着至关重要的作用,控制好电极的插入深度,不仅可以实现不同电渣炉设备生产过程的稳定一致,而且还可以对整个电渣重熔过程进行有效的控制.本文主要从对电极插入深度的控制实现不同电渣炉设备生产过程的稳定一致,以及电极插入深度对电渣重熔过程产生的影响进行总结和论述.     

电极插入深度对电渣重熔过程的重要性

电极插入渣池的深度,对电渣重熔过程起着至关重要的作用,控制好电极的插入深度,不仅可以实现不同电渣炉设备生产过程的稳定一致,而且还可以对整个电渣重熔过程进行有效的控制.本文主要从对电极插入深度的控制实现不同电渣炉设备生产过程的稳定一致,以及电极插入深度对电渣重熔过程产生的影响进行总结和论述.     

Incoloy825合金280mm×325mm电渣重熔坯抽锭工业试验

试验了Incoloy825合金电极(/%:0.01C,0.21Si,0.41Mn,0.007S,0.019P,22.33Cr,39.08Ni,3.04Mo,2.14Cu,1.17Ti,0.17A1)由3t中频炉+3t AOD冶炼,并经抽锭电渣重熔成280mm×325 mm坯(/%:0.01C,0.21~0.23Si,0.40Mn,0.005S,0.023~0.024P,22.48~22.50Cr,39.10~39.13Ni,3.05~3.07Mo,2.14~2.15Cu,1.00~1.10Ti,0.15~0.18Al)。试验表明,Incoloy825合金方坯抽锭电渣重熔过程中,由于Ti烧损,渣中TiO_2含量不断增加,熔渣的粘度也不断上升,导致钢渣不易分离。通过改进抽锭电渣重熔渣系配比,采用(/%)57CaF_2,15CaO,5MgO,15Al_2O_3,5SiO_2,3TiO_2渣系以及控制电极熔化速度680kg/h,重熔过程加0.43kg/t铝粒以控制Ti烧损,使Incoloy825合金铸坯表面质量明显改善。     

改善不锈轴承钢9Cr18共晶碳化物的工艺研究

采用金相显微镜分析了30 t EAF-LF-VD-Φ200 mm电极-Φ360 mm ESR锭-120 mm×120 mm锻坯-Φ50 mm轧材的冶炼和加工工艺对不锈轴承钢9Cr18共晶碳化物的影响,结果表明,模铸电极浇注温度由1500～1510℃降至1485～1495℃,电渣重熔熔速由4.5 kg/min降至3.5 kg/min,增强电渣重熔冷却条件,可以有效减少冶炼过程中的共晶碳化物原始形成。采用锻透力强、大变形开坯,可使大颗粒碳化物破碎、减小颗粒尺寸,降低碳化物条带和网状聚集程度,能够有效改善不锈轴承钢共晶碳化物评级,减小碳化物颗粒尺寸。     

825合金抽锭式快速电渣重熔锭表面质量和Ti烧损的控制

825高温合金325 mm×280 mm电极(/%:〈0.01C,0.21Si,0.40Mn,0.020P,0.003S,22.5Cr,39.1Ni,3.0Mo,2.1Cu,1.17Ti,0.17Al)经气体保护抽锭式快速电渣重熔成160 mm×160mm 1.8t电渣锭。试验研究了CaF_2-CaO-Al_2O_3基础渣加TiO_2,TiO_2-MgO或TiO_2-SiO_2以及熔速(300~500 kg/h)对825合金重熔锭表面质量和Ti烧损的影响。结果表明,渣中含少量SiO_2的CaF_2-CaO-Al_2O_3-TiO_2-SiO_2五元渣系,重熔速率为400 kg/h时,可以明显改善825合金电渣锭的表面质量,同时可以抑制Ti的烧损。     

不同工艺参数下电渣重熔过程的数值模拟

为研究工艺参数对电渣重熔过程的影响,建立了能够考虑电磁现象并耦合动量和热量传输的三维瞬态数学模型,运用商业软件Fluent进行了模拟研究,计算值与测量值吻合较好。模拟结果表明:在极间距相同的2种工况下,监测点的电流密度值基本相同,说明当渣池深度变化时,可以通过调节电极浸入深度,以符合设定的操作制度。电势降主要发生在渣池区域,渣金界面处的电压仅为0.1V;焦耳热最大值出现在电极端角与渣池接触区域,最小值出现在渣金界面;电磁力最大值出现在电极边角附近,随着纵向深度增加,轴向分量越来越小。极间距为20mm时,电极端角与渣池接触区域的速度和温度均出现最大值,金属熔池深度也最大,其大小分别为0.045m/s,2 250K,41.5mm。     

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.     

自耗电极原始夹杂物成分对电渣重熔精炼效果的影响

研究工作选用滚珠轴承钢进行,冶炼采用十种不同终脱氧制度(A10.5kg/t、A11kg/t、A11.5kg/t、Ca1kg/t、Mn1kg/t、Ca-Si1kg/t、Si-Mn-Ca7kg/t、AMS10kg/t、Ce-La0.5kg/t及不进行终脱氧,使铸造电极获得不同类型的原始夹杂物。试验结果表明:电渣重熔过程去除非金属夹杂物受到电极中原始夹杂物成分及尺寸的影响。因此电渣钢中非金属夹杂物的总量、形态及化学成分在一定范围内可精确控制。一般地说,低熔点、大颗粒原始夹杂物通过电渣重熔易去除,因为它们易于扩散到钢渣界面,与炉渣接触后为炉渣所吸收。实验表明:自耗电极钢冶炼用Si-Mn-Ca及AMS脱氧具有最好精炼效果。在工业炉上生产结果证实上述结论。     

世界上直径最大的电渣重熔钢锭

上海重型机器厂在自制的大型电渣重熔炉上成功地重熔了一支直径2800mm,重127t的大钢锭.钢锭表面光洁,经初步检验令人满意,钢锭直径超过了西德R?chling-Burboch钢厂的直径φ2300mm的重熔钢锭耗电、电效率也都比较好.上海重型机器厂的电渣重熔是将电炉冶炼出来的钢水浇成长3m多、直径500mm,具有一定形状的电极,然后将电流通过三组电极接触电渣.电渣重熔后的钢锭化学成份均匀,偏析、非金属夹杂物少,钢水更纯洁,内在质量更好.目前,不少用于尖端科学技术的高级合金钢和特殊要求的锻件都将采用电渣重熔.上海重型机器厂这次用电渣重熔试生产大钢锭是为了掌握大型电渣炉的抽锭工艺和了解电渣重熔大锻件的性能.经过了细致的准备工作,对重熔和     

3t电渣钢9Cr2Mo工艺实践

为进一步提高冷轧辊电渣锭的内(外)质量、降低生产成本的要求,贵阳特钢采用400mm×300mm矩形连铸坯取代(φ)330mm铸锭做为电渣母材,在计算机全过程自动控制下,实现1支自耗电极重熔1支3吨电渣锭9Cr2Mo.电渣冶炼的填充比由初期的0.347提高到0.487,电渣锭成锭率由91.17%提高到96.87%,电渣重熔电耗由1762kWh/t下将到1477 kWh/t.     

旋转电极电渣重熔过程熔滴滴落及熔池形状的模拟

建立了瞬态三维耦合数学模型以探索旋转电极对电渣重熔过程中电磁场、流场、温度场和熔池形状的影响。通过求解麦克斯韦方程组得到电磁场的相关信息,利用VOF方法描述金属熔滴的运动,采用焓-多孔介质模型计算凝固过程。当电极旋转,金属熔滴在离心力作用下,从电极边缘抛出,增加了金属熔滴在渣池中停留的时间与沿途路径,有利于提高电渣重熔工艺的精炼效率。模拟结果表明,随着电极旋转,熔滴数量增多,尺寸变小,渣池内的温度分布变得均匀,当电极的转速由0 r/min提高至20和50 r/min,熔池深度由81 mm降至78和61 mm,熔池形状逐渐变得浅平,有利于提高电渣重熔铸锭的质量。     

Ф315 mm双极串联电渣锭崩块夹渣的控制

分析了Ф315 mm双极串联电渣锭发生崩块夹渣的原因,通过采取电极棒热重熔和电极棒埋砂缓冷等工艺措施,大幅度减少了电渣锭崩块夹渣缺陷.     

60 t电渣炉结晶器冷却水流速计算-设计优化和重熔不锈钢的应用

采用传热学理论对大型电渣炉结晶器冷却强度的影响因素进行了分析,计算得出直径1 800 mm结晶器的最佳水流速为1.2 m/s,并提出了套层厚度为10 mm的高速水套型结晶器优化设计方案,经电压77.5 V,电流19 kA,熔速31. 6 kg/min,水流1. 2 m/s,重熔60 t 0. 030C-17.16Cr-11.80Ni-2.55Mo-0.072N奥氏体不锈钢电渣锭的生产结果表明,电渣锭成型良好,表面光洁,渣皮分布均匀,改善了电渣锭成型质量。     

一种性能良好的电渣炉电极自动进给系统

江西省钢铁研究所自行设计制造的3t电渣炉自耗电极自动进给系统经长期使用,证明性能良好,工作稳定,受到配电操作人员欢迎。现介绍于后。 一、概述 电渣炉在冶炼过程中,自耗电极不断缩短,逐渐离开渣池,导致流过电极和渣池的电流逐渐减小。如果电极停止不动,其浸没在渣池中的部分会越来越短,直到电极最终脱离渣池,电流下降为零,冶炼过程中断。 电极自动进给系统的目的,是使电极在冶炼过程中均匀连续地向下自行补充,以保持冶炼电流的稳定,使渣池温度稳定,提高电渣锭质量,减轻配电操作人员劳动强度。另     

电渣重熔过程渣/金界面行为的模拟

建立了电渣重熔体系下三维数学模型,以电渣重熔渣池、钢液为研究对象,利用Fluent商业软件,基于VOF多相流模型,对电渣重熔系统渣金两相流场进行模拟计算.计算结果表明:熔炼初期,金属电极采用薄膜熔化,从两端开始熔化并以小液滴的形式掉落,随着熔炼的进行,电极中部也开始产生小熔滴,最终在中心处形成一个大熔滴掉落,此后进入稳定熔炼期.对比不同电极端部形状,电极端部为圆头时比电极端部为平头时熔滴更容易在电极中心汇聚,渣金界面波动更大;对比不同电极插入深度,插入位置浅,熔滴通过渣层时间长,渣金界面波动更大;对比不同熔速,熔速为0.15 kg/s时,熔滴产生后,一滴一滴不连续掉落,这样熔滴可以与渣充分反应;加大熔速至0.20 kg/s时,可见熔滴成股流下,大熔速下,熔滴进入金属熔池时速度较大,渣金界面波动更大.