氩气保护电渣重熔脱硫预测研究

在工业级氩气保护电渣重熔过程中,钢中脱除的硫在渣中积累,会影响脱硫反应效率,造成重熔锭中硫含量分布不均。目前,电渣脱硫研究主要是基于规格较小的实验级,与大规格的工业级电渣脱硫动力学条件差别明显,故相关研究成果在工业应用中存在局限性。因此,本研究建立了工业级电渣重熔过程脱硫反应模型,经3吨氩气保护电渣实验验证,模型计算结果与实验结果基本一致。研究结果表明,降低电极和渣中初始硫含量、增加渣量、提高硫容量、降低电极下降速度均有利于提高脱硫率。基于研究结果推导出模型简化公式,可直接近似求解重熔锭不同质量处的硫含量。

熔速对高填充比06Cr18Ni11Ti电渣重熔铸锭凝固过程的影响

以06Cr18Ni11Ti钢高填充比电渣重熔铸锭为研究对象,通过建立瞬态电渣重熔过程的多相多物理场耦合模型,探究了熔速对电渣重熔过程中电磁、传热、流动及凝固行为的影响。结果表明,不同熔速下的电流路径基本一致,且存在明显的集肤效应,结晶器内部温度呈抛物线形分布,且温度梯度较大。随着熔速从5 kg/min增至7 kg/min,电流密度、洛伦兹力和焦耳热分别增加了16.2%、37.7%和63.3%;渣池最高温度从1902 K上升至2058 K;渣池内存在两对方向相反的涡旋,结晶器内的流动随熔速增大变得更加剧烈;在本文研究条件下,提高熔速会导致熔池深度增大、铸锭局部凝固时间延长;当熔速为5 kg/min时,局部凝固时间最短,熔池深度在结晶器直径的1/2~1/3,有助于保证铸锭良好的致密性和结晶质量。

低频电渣重熔过程电流对电渣锭洁净度的影响

基于实验室小型低频电渣重熔装置,以使用70%CaF_(2)+30%Al_(2)O_(3)渣系电渣重熔304 L奥氏体不锈钢为研究对象,详细分析低频条件下不同的重熔电流对电渣锭夹杂物数量、尺寸及类型的影响规律。结果表明,与工频电渣重熔(50 Hz,1800 A)相比,低频(2 Hz)条件下,采用不同的电流(1800、1400 A)电渣重熔后,电渣锭中的w[O]分别增加了172.2%、75.5%,w[N]分别降低了4%、3.4%。在低频下,采用不同的电流重熔时,电渣锭中夹杂物的种类并无改变,但是夹杂物的数量及各类夹杂物占比有所改变。低频下夹杂物数量随着电流的降低而减少,但是与工频条件下相比夹杂物数量仍然增高了173%(1800 A)与63.7%(1400 A),增加部分基本为10μm以下的细小夹杂物,大尺寸夹杂物(>10μm)数量增加较少。

直流供电模式下渣系组成对电渣重熔钢锭洁净度的影响

采用自制的小型变频电渣炉,在直流供电模式下对二元渣系(30%Al_(2)O_(3)+70%CaF_(2))和三元渣系(20%Al_(2)O_(3)+20%CaO+60%CaF_(2))进行电渣重熔实验,采用氧氮分析仪及ASPEX夹杂物自动分析系统分析电渣锭中氧氮含量和夹杂物的数量、尺寸、分布及形貌等,探讨直流供电模式下渣系组成对电渣重熔钢锭洁净度的影响。结果表明:在同一供电模式(直流正接或直流反接)下,渣系稳定是电渣锭氧含量、夹杂物数量及种类分布的主要影响因素,但对氮含量和夹杂物形貌的影响不大;与二元渣系相比,三元渣系重熔钢锭中夹杂物的数量明显减少、尺寸减小、分布更分散,这是因为CaO的稳定性比Al_(2)O_(3)强。在同一渣系下,直流正接制备的电渣锭中夹杂物数量明显高于直流反接,夹杂物形貌没有明显区别;直流正接对渣池中氧化物的电解作用高于直流反接,直流正接制备的电渣锭中夹杂物的钙含量比直流反接更低。

渣系组元对电渣重熔核级316H不锈钢中氢含量的影响

在电渣重熔的过程中,钢中气体成分(如H、O、N等)的含量受所用渣系的气体渗透率影响显著。为了探索出一种适合核电用316H不锈钢的低氢渗透率的电渣重熔用渣系,测定了5种电渣重熔渣系的氢渗透率。研究结果表明,新开发的63%CaF_(2)-30%A_(l)2O_(3)-7%MgO渣系的氢渗透率最低。同时65%CaF_(2)-30%A_(l)2O_(3)-5%MgO渣系的氢渗透率与之较为接近,并且这两种渣系的氢渗透率与钢厂电渣生产所用原渣系60%CaF_(2)-20%A_(l)2O_(3)-20%CaO的氢渗透率相比均有明显降低,分别由6.58×10^(-6) mol/(cm·min)降至1.89×10^(-6) mol/(cm·min)和2.18×10^(-6) mol/(cm·min)。熔渣的光学碱度越大,氢渗透率也越大。渣中的CaO有较大的水容性,在电渣重熔过程中容易使钢锭中的氢含量升高,渣系中MgO的添加能够显著地降低氢渗透率。在研究条件下,渣系的组元对渣系的氢渗透率的影响比光学碱度更为显著。

加压电渣重熔装备与工艺技术开发

加压电渣重熔是目前工业化制备高氮钢和高氮合金最为有效的生产路线,是当今电渣冶金领域的研究热点和前沿技术。介绍了加压电渣重熔成套设备、工艺技术发展和主要产品特点。对当前加压电渣炉装备中氮化合金加料系统和水-气动态平衡系统等核心部件进行综述;针对加压电渣重熔生产中的工艺难点,阐述了氮化合金增氮和气相增氮技术的机理和方法、新型高效发热精炼重熔渣系开发及元素精准控制等新工艺技术发展。近年来,随着国内新建的系列国产化中试规模加压电渣炉的应用和系列高氮钢产品的成功研制,我国在加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术开发上取得的较大突破,并逐步向国际先进水平迈进。同时,深入开展工业级加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术研发,保障我国航空、航天和军工等领域高端高品质特殊钢和特种合金等急需的关键材料制备,是我国发展现代电渣冶金技术的重要方向。

电渣不锈钢宏观缺陷分析及改进方法

本文分析了电渣不锈钢20Cr13宏观缺陷出现原因,通过钠元素的追踪锁定宏观缺陷由原始电极坯大颗粒夹渣导致,电渣重熔后未完全去除,说明电渣过程对大颗粒物的去除是有限的,也为生产实践者提供了不同的分析角度,并提出了采用两次电渣和降低熔化速率消除宏观缺陷的生产工艺。

电渣重熔1.2083模具钢的洁净度控制

本文重点分析了模具钢1.2083电渣重熔产生高倍C类夹杂物的原因,通过电渣重熔过程中调整渣系、提高熔渣碱度,过程添加1kg/吨钢的Al粉脱氧剂等措施,工业实践及检测数据表明,能有效降低C类夹杂物,提高该品种电渣钢洁净度,产品满足用户要求。

大型单相电渣炉的起弧控制

对大型单相电渣炉的技术特性及起弧控制进行了简单介绍,总结了大型电渣锭起弧方面的控制措施,旨在提高大型电渣锭的起弧成功率。该措施对于企业生产及开展相关研究具有一定的参考价值。

CaF_2-SiO_2-Al_2O_3-CaO-MgO渣系熔化温度的实验研究

为了研究含氟渣系成分变化对熔化温度的影响，根据五因素二次正交旋转回归法设计渣系配方，使用CQKJ-II型高温矿渣熔化温度特性测定仪，采用半球法对CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO渣系的熔化温度进行测定；建立了五元含氟渣系熔化温度的回归模型，研究了各组元对熔化温度的影响。结果表明：当CaF：的含量（质量分数）在10％～70％时．各组元相互作用对精炼渣熔化温度有着显著影响。

T型导电结晶器电渣重熔空心钢锭过程的数值模拟

基于新开发的电渣重熔空心钢锭技术,建立了渣池和空心钢锭的三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS模拟并得到了非导电和导电结晶器工况下,电渣重熔空心钢锭过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明:导电结晶器工况下,渣池的电流密度和焦耳热最大值均出现在T型结晶器的导电段部分,导电结晶器附近的熔池流动速度较快,渣池的温度场更为均匀,金属熔池形状更为浅平.导电结晶器在交换电极时持续保持渣池和金属熔池温度,能够避免渣池温度迅速下降而导致靠近结晶器壁的钢水迅速凝固而出现渣沟,可大大提高钢锭的凝固质量和表面质量.

抽锭电渣重熔大截面高速钢过程的碳化物偏析控制

采用抽锭式双极串联电渣重熔工艺并对抽出结晶器的钢锭进行二次气雾冷却的方法实现高速钢的快速凝固,以期实现对大截面高速钢碳化物偏析的控制;通过钨粉检测熔池结构、评估高速钢碳化物质量等手段研究该工艺对碳化物偏析的改善效果;通过数值模拟分析二次气雾冷却对电渣重熔过程温度场的影响。研究结果表明:双极串联式抽锭电渣二次气雾冷却方法可以明显降低电渣重熔过程的熔池深度,减小金属熔池的结晶角;有效地减小高速钢碳化物的不均匀度和碳化物颗粒度,在相同锻压工艺条件下的碳化物合格率明显提高。

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.

导电结晶器电渣重熔空心钢锭电场和温度场的数值模拟

建立了导电结晶器电渣重熔空心钢锭的数学模型.利用有限元软件ANSYS对导电结晶器电渣重熔空心钢锭进行了稳态的电热耦合分析,计算了不同供电方式对电渣重熔空心钢锭体系温度场的影响,进而分析了体系电场和温度场分布对空心钢锭质量的影响.不同供电方式对重熔体系电场、温度场影响的计算结果表明:采用外结晶器导电的电极,能促进电渣池温度均匀,进而使金属熔池更加浅平、均匀.

电渣炉熔速控制技术的开发与应用

采用同轴大电流电缆、称重系统及电渣炉智能控制等技术手段,开发了电渣炉熔速控制技术,并将该技术应用于实际生产.解决了传统电渣炉由于没有精确熔速控制,造成其重熔钢锭内部结晶质量不高、无法精确补缩的难题.结果表明：实际生产中电渣熔速在5~20 kg/min范围内连续可调,重熔20 t钢锭时,吨钢电耗≤1 340（kW.h）,通过对比分别用熔速控制和递减功率生产的MC5重熔钢锭的质量检验数据得知,钢锭的偏析度得到降低,并减少了钢锭中碳化物的析出,表面质量良好,生产过程实现全自动化,解决了国内具有熔速控制系统的电渣炉设备依赖进口的问题,推动了电渣冶金和电渣熔速控制技术的发展.

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.

电渣重熔工艺中渣金两相的流动、传热及凝固

本文利用计算流体力学方法对电渣重熔过程中的渣相和金属相流动、传热以及相变进行了耦合数值模拟计算.通过分析结果,得到了电渣重熔过程中的温度场分布、流场分布以及其中的凝固情况.并在此基础之上,通过改变熔速来查看其对电渣重熔结果的影响,发现金属熔速增大,会使金属熔池内的温度普遍提升,金属熔池液变得更深更宽.

电渣重熔过程模拟软件Meltflow-ESR理论基础简介及其应用

介绍了电渣重熔过程模拟软件MeltFlow-ESR的理论基础及其应用,并与其他数值模拟进行了比较.分析结果表明:该软件理论基础完整,模拟结果与实验结果吻合良好,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进钢锭质量.

真空感应炉近常压气氛保护熔炼高氮马氏体不锈钢

研究了在真空感应炉近常压气氛保护熔炼条件下氮在马氏体不锈钢0Cr16Ni5Mo中的溶解度,探讨了炉内保护气体种类、氮化铬铁加入量对钢中氮含量的影响.结果表明,炉内保护气体种类对钢中氮的溶解度有较大影响,氮化铬铁合金加入量对钢氮含量的影响因保护气体种类不同而异.

电渣重熔过程中氢行为的分析及控制

分析了电渣重熔过程中氢的行为,分别讨论了大气湿度、渣中的水分、电极的w(H)及炉渣成分对铸锭中氢行为的影响,提出了相应的控制措施。