连铸式液态电渣浇注工艺开发及数学模拟研究

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本文主要介绍了将连铸和电渣重熔两种技术的优点相结合开发“连铸式液态电渣”技术的过程,其技术特征是去除传统电渣重熔工艺流程中自耗电极的铸造和准备工序,并通过改变渣池中温度分布使浇注速度比传统电渣自耗电极熔速提高5~10倍、电耗大幅度降低,克服了传统电渣重熔过程中“工艺流程长、生产效率低、生产成本高”的缺点。  本课题将钢水中间包加热、保护浇注、导电结晶器、低频电源、钢水小流量控制、渣-金界面控制、连续抽锭和二次冷却等技术系统集成开发出连铸式液态电渣浇注设备和成套工艺技术。经理论分析和实验总结,提出影响连铸式液态电渣铸锭质量的主要因素有浇注温度、供电制度、渣系、供电回路方式、浇注速度和二次冷却控制等。根据连铸式液态电渣技术的工艺特点对其所用渣系提出了性能要求,开发设计了S1和S2渣系,通过实验测量和计算新渣系的物性参数,并与S3和ANF-6渣系进行了对比研究。从电场方程和热量传输方程出发,建立了连铸式液态电渣的数学模型,采用ANSYS软件对所设计的两种连铸式液态电渣供电回路方案(ESCC LM-Ⅰ和ESCC LM-Ⅱ)进行了渣池和金属熔池温度场数学模拟计算和分析,根据合理的金属熔池深度确定出浇注温度、供电制度、浇注速度和冷却制度等工艺参数。  在以上研究基础上,利用课题组为某厂设计制造的连铸式液态电渣浇注设备,针对两种供电回路系统进行工业实验,研究表明,高温、低黏度、黏度稳定性好的S2渣系更有利于克服工艺参数波动的影响获得良好的铸锭表面质量。对比两种供电回路系统下生产的铸锭表面质量和低倍检验结果表明,供电方案ESCC LM-Ⅱ更有利于获得温度均匀的渣池和理想的熔池形状,与理论分析结果相吻合。采用供电方案ESCC LM-Ⅱ生产的钢锭表面光滑,横向低倍结果一般疏松、中心疏松均为1.0级,无气泡、白点、夹渣等低倍缺陷,纵向低倍检验显示柱状晶和表面约成45°角,夹杂物分布均匀,直径一般为3~8μm。通过以上质量检验结果表明,连铸式液态电渣的铸锭质量优于连铸坯质量,并且仍保持传统电渣重熔工艺的特性,生产效率远高于传统电渣重熔。  目前,国内外对“连铸式液态电渣”新技术的工艺和质量控制的研究刚刚起步,实验数据很少,工艺过程正处于实验室摸索阶段。本文的理论分析和实践经验填补了电渣冶金技术领域的一项空白,为今后液态电渣技术的工业化推广和连铸式液态电渣炉的设计与制造积累了很多宝贵的经验。
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