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.

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.

导电结晶器电渣重熔中非金属夹杂物的去除

导电结晶器电渣重熔渣池局部发热密度最高值在电极角部和结晶器壁附近,电极端部下方仍存在"高温区",对非金属夹杂物去除提供热力学与动力学条件。电渣重熔过程中非金属夹杂物的去除主要发生在自耗电极端头熔滴形成阶段以及熔滴穿过熔渣层阶段。综合自耗电极端部熔化至熔滴形成过程阶段、熔滴滴落并穿过渣池至金属熔池阶段和金属熔池至铸锭凝固非金属夹杂物的上浮阶段的去除率,导电结晶器电渣重熔去除非金属夹杂物的能力不低于传统电渣重熔。

空心管坯电渣重熔技术

在分析了几种大口径厚壁管的生产方法后,发现电渣重熔管坯技术可解决其他方法生产大口径厚壁管生产过程中存在的成本高、铸件质量低的问题.通过对电渣重熔管坯技术的原理及几项关键技术的分析,证实电渣重熔管坯技术是可行的,并且具有广泛的应用前景和经济价值.

电渣冶金的最新进展

论述了电渣冶金的最新进展情况,简要介绍了导电结晶器、快速电渣重熔、洁净金属喷射成形以及可控气氛电渣冶金(包括真空电渣重熔、惰性气体保护下电渣重熔、高压下电渣重熔)等技术。这些技术在改善和消除传统电渣冶金工艺局限性的同时,进一步发挥了电渣冶金的优越性,使电渣冶金显示出了更强大的生命力和更宽广的应用前景。

电渣重熔新技术的研究现状及发展趋势

1940年美国霍普金斯获得了“Carol电铸锭”美国专利,电渣重熔技术被首次提出但未得到推广。1952年前苏联梅多瓦尔和巴顿两位科学家在实验室试制备了第一个不锈钢电渣锭。1958年,在乌克兰东南部城市扎波罗热第聂伯特钢厂建成了0.5 t P909型电渣炉。1959年—1960年建成了世界上第一个电渣重熔车间,开启了电渣重熔技术工业化时代。英国是最早从事电渣重熔技术研究的西方国家,随后各国冶金工业者纷纷开始研制多种新型电渣炉。奥地利INTECO公司开发了快速电渣技术(ESRR),该技术实现了快速和连续化操作,但这种快速电渣重熔技术存在的主要问题是电结晶器寿命太短,影响了其市场推广。为了满足多种不同断面且钢锭细长的需求,INTECO设计了一种可抽拉式底水箱、电极交换、滑动接触的平行双线母排、无需大电流软连接理念的抽锭试电渣重熔炉。德国VSG公司建成了世界上第一台加压电渣炉,工作压力为4.2 MPa,可生产直径为1000 mm、质量达14.5 t的高氮钢锭,主要用于大型生产发电机护环钢。进入21世纪后,发达国家新建的电渣炉普遍采用保护气氛方式,德国还研究并设计制造了2台20 t的真空电渣炉分别在德国和日本得到工业应用。我国的电渣冶金技术起步也比较早,1958年我国冶金工作者开始电渣重熔技术的研究。1960年,双支臂抽锭式电渣重熔炉在重庆特殊钢厂成功建造。1964年在重庆召开第二届全国电渣冶金会议,这标志着着我国电渣冶金技术进入大规模研究开发和推广应用阶段。在过去的近60年中,我国冶金工作者在电渣冶金领域发现和发明了许多自己独特的理论和技术。21世纪以来,我国开发了一系列电渣重熔新技术,主要包括熔速控制的保护气氛电渣炉、真空电渣炉、加压电渣重熔设备及高氮钢制备技术、电渣连铸技术、电渣重熔超大扁锭技术、电渣重熔空心钢锭技术、导电结晶器技术以及电渣液态浇注技术等,使我国电渣重熔技术始终保持国际先进行列。本文简要回顾了电渣重熔工业生产的发展历史,重点对近年来的电渣冶金新技术进行了介绍和评价,包括电渣重熔技术、保护气氛电渣重熔技术、导电结晶器技术、加压电渣重熔、真空电渣重熔技术、特厚板坯电渣重熔技术、空心钢锭电渣重熔技术、大型钢锭电渣重熔技术、绿色环保型电渣重熔新渣系开发。在新的发展阶段,电渣冶金技术向高效、节能、环保和更高质量方向发展。

电渣重熔技术的新发展

论述电渣重熔技术的新进展 ,主要介绍可控气氛电渣重熔、导电结晶器电渣重熔、快速电渣重熔、电渣重熔 冷壁感应引导等技术 ,这些技术使电渣重熔冶金焕发了新的活力 ,得以进一步的发展。

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。

创新的电渣重熔工艺

电渣重熔（ESR）是一种经广泛证实了的超洁净特殊钢及合金的生产工艺。新近的改进将导致在钢铁工业中的新的应用。新的电渣快速重熔工艺ESRR使小钢坯能在较高的熔化速率下重熔。一种新型的导电结晶器甚至能为非常大的钢锭提供单独的温度及熔化速率的控制。没有自耗电极的ESR工艺开辟了全新的可能性，如电渣连铸。

堆焊

研究了35B9X3OΦ中型堆焊金属在模拟热循环下的组织转变。确定了堆焊金属中存在着组织和化学的非均质性。

臧喜民

臧喜民,辽宁科技大学教授。2002年至2014年,臧喜民教授一直从事抽锭电渣重熔关键技术及成套装备的研发、推广和应用工作。首创“双极串联T型结晶器抽锭电渣关键技术及装备”,成功制备90 mm×90 mm×1200 mm方锭和φ100mm×1200mm圆锭,成果在兴澄特钢产业化。带领团队突破T型导电结晶器、导电结晶器交换电极、结晶器多锥度强化冷却、抽锭专用新型渣系.

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(Ф900/Ф500mm、Ф900/Ф200mm、Ф650/Ф450mm,最长锭尺寸为6000mm)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。

第二代液态电渣冶金技术的发展

描述了基于导电结晶器的第二代液态电渣冶金技术的原理、特点和应用情况,主要包括液态电渣浇注实心锭、空心锭和复合轧辊。同时,介绍了采用液态电渣浇注技术制备双金属耐腐蚀钢筋和铜钢复合电极的试验结果。最后,对今后的发展提出了展望,指出液态电渣浇注技术与连铸工艺的结合将是今后的发展趋势,并提出了液态电渣多次多层复合法制备特大型钢锭的可行性。