论文部分内容阅读
电渣重熔铸坯具有纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁和成材率高等优点，因此，电渣重熔技术成为生产某些特殊材料的重要手段。近年来，电渣冶金技术得到快速发展。电渣连铸技术将电渣重熔和连铸两种技术的优点集于一体，使铸坯既有良好的冶金质量和凝固质量，又实现了提高效率、降低成本的目的。电渣连铸是一项具有重大技术突破和经济效益的新技术，是当今电渣冶金领域中的热点和前沿技术。 目前国内外电渣连铸技术刚刚起步，生产数据较少，生产工艺主要凭经验制定。影响电渣连铸表面质量、内部质量因素的全面论述以及提供工艺参数与铸坯质量之间定量关系的研究尚未见报道。控制导电结晶器电渣连铸铸坯表面质量和内部质量的理论基础有待进一步完善。 本文从电渣连铸技术在实际生产中存在的问题出发，对其进行了相关的研究。旨在提高铸坯表面质量和内部质量，对比电渣连铸工艺和传统电渣重熔工艺的相同与区别，探索控制电渣连铸铸坯质量的途径，并提供一个建立工艺参数与铸坯质量之间定量关系的思路，以适应对电渣连铸铸坯质量进行计算机控制的需要。 针对电渣连铸的工艺特点，对影响电渣连铸铸坯表面质量的因素进行研究，从渣皮的厚度、形式和力学性能的角度来讨论电渣连铸铸坯表面质量的控制。渣皮厚度是渣池温度和渣系的函数，在固定渣系的情况下，渣皮厚度δ为“高温区”的温度a的函数，而a值在其它条件相同时，可通过输入功率（U和I)来控制。提出了电渣连铸用渣系的原则，并对所设计渣系的熔点、黏度、光学碱度、密度和电导率等物性参数进行了实验测量和计算。SiO2的加入，使渣系的黏度随温度变化平缓，长渣克服工艺参数波动的影响，进一步提高铸坯的表面质量。 在前人研究的基础上，从电磁场方程、流体流动方程和热量传输方程出发，建立了电渣连铸过程的数学模型。比较传统电渣重熔和导电结晶器电渣连铸各耦合场的区别，进而分析对铸坯凝固过程的影响因素，进行相关电渣重熔实验，对数学模型进行验证，模拟计算的体系温度场分布结果与实验测得的温度场分布结果基本一致。研究电渣重熔过程渣池内熔渣流场分布状态，揭示了促进熔渣流动的电磁动力学机理。同时，分析了导电结晶器电渣重熔过程与传统电渣重熔过程渣池流动不同的原因。应用本模型计算出的传统电渣重熔过程的渣池速度分布特征与文献的描述一致。所建立的电渣重熔数学模型的计算结果表明:传统电渣重熔渣池的最大流速变化范围为0～0.08m·s-1，渣池“高温区”处于电极的下方，最高温度达到1800℃以上;导电结晶器电渣连铸渣池中流动速度变化范围为0～0.06m·s-1，渣池中出现两个“高温区”，一个“高温区”出现在电极端部下方，温度为1979K左右，低于传统电渣重熔此区域的温度（2052K左右），另一个“高温区”出现在结晶器壁上的导电体附近的渣池，温度为2065K左右。 通过对比分析导电体位置和面积的变化，研究导电结晶器电渣重熔过程中改变渣池电流分配对温度分布的影响机制，结果表明当导电体最高位置相同时，面积越大，导电体分流的电流I结越多，I底越少;当导电体面积相同，上口位置越靠近渣表，I结越大，通过底水箱电流越少。电极下方渣池“高温区”范围越小，最高温度越低，但渣表温度越高。对控制渣池和金属熔池之间热分配提供定性依据。 进行了交换电极时的瞬态温度场热分析，讨论一定条件下的交换电极最大许用中断时间、电极的预热处理和功率中断后后续功率的输入制度。计算结果表明:“熔池体积凝固率”可用来考察对功率中断的最大许用时间，金属熔池体积凝固率随着功率中断时间的增加而增大，“熔池体积凝固”是功率中断时间和铸坯尺寸的函数，随着铸坯直径的增加，交换电极的许用时间增大。通过电极预热可以缩短重建热平衡的时间，使交换电极工艺顺利进行。电极端部的预热温度尽可能靠近原工作电极温度梯度，计算和实践结果表明，电极预热到达600℃以上，铸坯可以获得良好的表面质量，避免“渣沟”的出现。后续功率的输入，应采用“高电压”，“低电流”的供电制度，有利于渣温快速提升，进而恢复正常冶炼。 通过电渣连铸技术的工业实验研究，生产出的Φ600mm的12Cr1MoVG圆坯表面质量光滑，铸坯表面未发现裂纹、夹渣、折皮等明显缺陷，交换电极处表面未出现渣沟。铸坯头尾各元素的偏差较小，元素分布比较均匀。C、Si、Mn元素的烧损很小，有害元素下降较多，脱S能力强。铸坯头尾气体含量均在控制范围之内，w([O])基本可以控制在30×10-6以下，有效的控制了钢中的氧化物夹杂。按GB/226-1991标准对圆坯检验，其结果为一般疏松、中心疏松、点状偏析均小于1.0级，无气泡、白点、夹渣等低倍缺陷。