低真空对电渣重熔工艺和铸锭质量的影响

脱氧和夹杂物控制是电渣重熔钢锭质量提升的关键.分别在氩气保护的常压和低真空(10 kPa)条件下重熔H13电极,结合热力学计算,分析了低真空对电渣重熔工艺过程和铸锭质量的影响.结果表明,相比常压,低真空条件下渣池含气率升高,熔速波动更剧烈,所得电渣锭表面质量较差.常压和低真空条件制得电渣锭中总w_O分别为24×10^-6和18×10^-6,碳脱氧反应随压力降低而加强,并逐渐取代铝脱氧.相比Al-O平衡,10 kPa条件下与电极中w_C平衡的溶解w_O更低,因而能够进一步降低钢锭中w_O.碳脱氧产物是CO气体,不会引入新的夹杂物.常压和低真空条件制得电渣锭中夹杂物的类型没有明显区别,最大夹杂物尺寸从14.9μm分别减小到10.5μm和8.3μm,等效直径小于3μm的夹杂物检出比分别为63.85%和75.91%.低真空条件能够进一步细化夹杂物,提高钢锭洁净度.     

定向凝固GH4742高温合金中组织、偏析和析出相演变

GH4742高温合金是一种先进的结构材料,广泛应用于航空航天、船舶、核电等领域。真空电弧重熔（VAR）通常作为最终熔炼工序,其凝固组织、元素分布和缺陷直接决定了合金的加工和机械性能。本文以区域定向凝固炉模拟真空自耗炉的定向凝固特征,研究了GH4742高温合金在大跨度的冷却速率下的微观结构、元素偏析和析出的演变规律。基于多种镍基高温合金的统计对比,结果表明,在高冷却速率下,主枝晶间距与G1/2V1/4有明显的线性关系,其中G和V是温度梯度和拉速。随着冷却速率的降低,一级枝晶间距以一种分散的方式增加。在所有的冷却速率范围内,二级枝晶臂间距与 (GV)?0.4明显线性相关。元素偏析的程度随着冷却速率的增加而增加,随后逐渐减少,这是由于溶质反扩散和树枝状结晶尖端过冷之间的竞争造成的。随着凝固速度的增加,γ′、碳化物和非金属夹杂物的尺寸逐渐减小。γ′沉淀物的形态从梅花状变为立方体,再变为球形。碳化物的形态从块状变为细条状,然后变为汉字状。碳化物的形态受树枝状间形状和元素扩散共同控制。夹杂物以复合夹杂物为主,通常表现为Ti(C,N)以氧化物为异质成核中心,碳化物的外表面包裹的三层结构。随着冷却速率的增加,复合夹杂物的数量密度先增加后减少,这与元素偏析行为密切相关。     

大型电渣炉钢锭凝固过程的动态快速响应模型

为了研究电渣重熔中凝固过程对钢锭质量的影响,建立了大型电渣重熔过程钢锭凝固过程动态快速响应数学模型 利用控制容积积分法离散数学模型方程,采用附加源项法解决非线性模型方程快速迭代收敛问题 应用该模型预测的温度场及金属熔池形状同实验结果吻合较好 针对一典型大钢锭凝固过程动态温度分布及熔池形状进行了模拟分析,结果表明,当钢锭高度线性增加,而重熔钢锭锭高与直径之比超过1 1时,钢锭熔池形状基本稳定;在低熔铸速度阶段,熔铸速度对最大液池深度的影响不大;当熔铸速度增加时,熔铸速度对最大液池深度的影响有增大倾向     

钛合金化过程对钢液洁净度的影响

重点考察了Ti合金化过程中影响Ti收得率的主要因素,并对比分析了Ti合金化前后夹杂物的物相变化及夹杂物的去除效果.控制氧活度a[O]<350×10-6,Al、Ti合金加入时间间隔大于3 min,可以保证Ti收得率>85%;当a[O]>350×10-6时,需控制Al、Ti合金加入时间间隔为5 min以上.相同a[O]和[Al]s情况下,延长Al、Ti加入时间间隔可以有效提高Ti收得率.RH处理过程中,钢包内当量直径>200μm的Al2O3夹杂物在5 min内基本可以上浮去除,但相同尺寸的A-Ti-O复合夹杂的去除时间要比Al2O3长1～2 min.Ti合金加入后,Al2O3夹杂物周围会形成Al-Ti-O的复合夹杂,这些夹杂物的形成降低Ti的收得率.     

IF钢生产过程非金属夹杂物的演变行为

在DS-LD-RH-CC工艺IF钢工业生产过程系统取样和全氧含量、氮含量、非金属夹杂物形貌和化学成分检测的基础上,结合热力学分析,研究了非金属夹杂物含量、形貌与成分的演变过程.结果表明,冶炼过程钢中全氧含量逐渐降低,但需控制钢包渣氧化性以进一步降低铸坯中全氧含量;在浇铸过程中发生明显的增氮现象,应进一步加强保护浇铸,控制浇铸过程钢水增氮;在RH精炼过程中,脱氧后主要生成团簇状单一Al2O3夹杂物,Ti合金化后生成球形Al-Ti-O和内外分层的Al-Ti-Ca-Mg-O复合夹杂物;在钢水凝固过程中,生成了内层为Ti-Al-Mn-O-S、外层为TiN和AlN的复合夹杂物.在铸坯中还存在由结晶器卷渣导致的含有K,Na成分的Ti-Al-Ca-Si-Mn-O大型复合夹杂物.     

钛合金化过程对钢液洁净度的影响

重点考察了 Ti 合金化过程中影响 Ti 收得率的主要因素，并对比分析了 Ti 合金化前后夹杂物的物相变化及夹杂物的去除效果.控制氧活度 a[O]<350×10?6，Al、Ti 合金加入时间间隔大于3 min，可以保证 Ti 收得率>85%；当a[O]>350×10?6时，需控制 Al、Ti 合金加入时间间隔为5 min 以上.相同 a[O]和[Al]s 情况下，延长 Al、Ti 加入时间间隔可以有效提高 Ti 收得率. RH 处理过程中，钢包内当量直径>200μm 的 Al2O3夹杂物在5 min 内基本可以上浮去除，但相同尺寸的 A-Ti-O 复合夹杂的去除时间要比 Al2O3长1～2 min. Ti 合金加入后，Al2O3夹杂物周围会形成Al-Ti-O 的复合夹杂，这些夹杂物的形成降低 Ti 的收得率.     

电渣重熔高速钢

电渣重熔高速钢,这是目前国内外都在研究的课题。本文通过对比实验论述了电渣重熔高速钢的铸态组织、变形后炭化物的状况,非金属夹杂和热塑性等问题。通过改变重熔电力制度对金属熔池影响的实验,探讨了合理电渣工艺参数的选择。这些对电渣重熔高速钢的生产和研究,具有一定的参考价值。     

真空电弧炉重熔对去除滚珠钢中非金属夹杂物的影响

本文研究了滚珠钢（滚铬１５）在真空电弧炉重播前后各类非金属夹杂物含量的变化及电流密度、真空度、电极与坩锅截面比等主要工艺因素的影响。熔炼试验是在实验室２．５公斤真空电弧炉设备上进行的,夹杂物分析采用金相方法。为了进一步研究在重熔后钢中夹杂物的变化规律,也对钢锭中夹杂物的分布及熔池深度变化进行了测定。根据试验结果对滚球钢中夹杂物在重熔过程中的去除机理进行了初步的探讨与分析。     

电流强度对电渣重熔304不锈钢中夹杂物特征的影响

利用实验室规模电渣炉在大气气氛下重熔304不锈钢,考察了不同电流强度(1500、1800、2100A)下电渣锭中夹杂物的特征及全氧含量、硫含量变化,并对钢中硫化物的析出行为进行了热力学分析。结果表明,电渣重熔过程可以有效去除钢中的夹杂物,但随着电流强度的增大,电渣锭的全氧含量和硫含量增加,夹杂物数密度及尺寸增大,电渣锭的洁净度恶化。当电流强度较低(1500A)时,电渣锭中夹杂物主要是以氧化铝为核心、外表裹有硫化物的双层结构,未发现单个的(Mn,Cr)S夹杂;而1800A和2100A重熔时,电渣锭中不仅有以Al-Si-Ca-Ti-Cr-Mn氧化物为核心、外围包裹着(Mn,Cr)S的双层结构夹杂,而且由于电渣锭中硫含量高和凝固过程中残余液相中溶质的富集,其中还有单个(Mn,Cr)S夹杂物存在。本试验条件下,在1500A下重熔更有利于提高304不锈钢电渣锭的洁净度。     

轴承钢中TiN夹杂物的控制研究

研究了轴承钢中TiN夹杂物的形成热力学,以及钢中Ti和N的控制理论,并在某钢厂进行了GCr15轴承钢的生产实验.结果表明,在凝固过程中钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出温度就越高,析出物的尺寸就越大;使用低Ti合金原料能够有效降低钢中的Ti含量;采用低Ti铁水,初炼渣中的TiO2降到1.0%以下,能有效控制钢水中的Ti含量;采用低钛合成渣过程回钛量显著减少,钢中Ti含量由原来的37×10-6下降至30×10-6;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降低钢中N含量为33×10-6;降低凝固偏析,能降低TiN夹杂析出.     

Characteristics of inclusions in high-Al steel during electroslag remelting process

The characteristics of inclusions in high-Al steel refined by electroslag remelting (ESR) were investigated by image analysis, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive spectrometry (EDS). The results show that the size of almost all the inclusions observed in ESR ingots is less than 5 μm. Inclusions smaller than 3 μm take nearly 75% of the total inclusions observed in each ingot. Inclusions observed in ESR ingots are pure AlN as dominating precipitates and some fine spherical Al₂O₃ inclusions with a size of 1 μm or less. It is also found that protective gas operation and slag deoxidation treatment during ESR process have significant effects on the number of inclusions smaller than 2 μm but little effects on that of inclusions larger than 2 μm. Thermodynamic calculations show that AlN inclusions are unable to precipitate in the liquid metal pool under the present experimental conditions, while the precipitation of AlN inclusions could take place at the solidifying front due to the microsegregation of Al and N in liquid steel during solidification.     

双极串联抽锭电渣重熔供电特性理论分析和工业试验研究

对双极串联电渣重熔工艺原理、等效电路和供电特性进行理论分析,得到电极间距离、电极浸入渣池的深度和填充比是影响电流在渣池中的路径和分配比例的主要影响因素,并对双极串联渣池温度场进行数值模拟。结果表明,双极串联供电使渣池中高温区上移,较传统单极供电渣池中高温区远离渣金界面,有利于提高熔化速度而不影响钢锭凝固质量;双极串联抽锭电渣重熔工业试验结果证明,熔化速度增加2倍情况下钢锭内部凝固质量良好,表明渣池高温区上移减弱了熔化速度和钢锭凝固质量之间的关系。     

电渣重熔系统渣温对输入功率的响应

本文通过渣池的能量平衡,建立了渣温对输入功率的响应关系。给出了确定系统参数的实验方案,并在0.5t电渣炉上进行了实验,结果表明,渣温对输入功率的响应是一个一阶线性系统,理论分析与实验结果相符。对三种工艺下的渣温、熔速进行了讨论并得到如下结果:恒功率重熔——渣温、熔速随锭高线性增加;恒熔速重熔——渣温,熔速在过程中保持恒定;恒熔池深度重熔——渣温、熔速随过程降低。     

高品质GCr15轴承钢二次精炼过程中夹杂物的演变规律

采用FE-SEM/EDS研究了转炉流程生产的GCr15轴承钢LF、RH精炼过程中夹杂物的演变规律,分析了其演变机理。结果表明:钢中复合夹杂物的演变规律可归纳为:Al2O3→MgO·Al2O3→(CaO-MgO-Al2O3-(CaS))复合氧化物夹杂和Al2O3→(Al2O3-MnS)→(Al2O3-MnS-Ti(C,N))复合氧硫碳氮物夹杂2种方式。LF精炼过程脱硫作用明显,钢中的硫化物夹杂数量大幅减少。LF精炼初期钢中主要是MnS、Al2O3、TiN的单相夹杂物。LF精炼结束后钢中的夹杂物演变为Al2O3为核心外包氧化物及MnS、TiN、Ti(C,N)、CaS的复合夹杂物。精炼渣中的CaO和耐火材料中的MgO经还原后与钢中溶解氧反应导致LF精炼结束时D类夹杂物增加。RH及软吹处理进一步强化了去除钢中的硫化物,但D类及其与A、T类复合的夹杂物含量增加。在LF阶段,夹杂物尺寸主要集中在1~3μm范围内,到RH阶段,夹杂物尺寸则主要集中分布在小于1μm的粒度范围。最大夹杂物尺寸由10.79μm降到5.68μm,单位面积夹杂个数由372个/mm2降到258个/mm2。RH及软吹处理有效地降低了钢中大于3μm的夹杂物。     

坩埚材质对55SiCr弹簧钢中夹杂物的影响

实验采用MoSi₂炉研究了MgO,MgO-CaO两种耐火材料对55SiCr弹簧钢中夹杂物的影响.结果表明,MgO,MgO-CaO两种坩埚冶炼均能使钢种成分控制在目标范围内,但与MgO坩埚相比,MgO-CaO坩埚净化钢液的效果更好:一方面,经MgO-CaO坩埚冶炼的55SiCr弹簧钢,钢中P,S,酸溶铝［Al］_s 以及全氧T.O质量分数分别降低至56×10^-6,10×10^-6,≤5 ×10^-6,以及4×10^-6;另一方面,钢中夹杂物的平均直径由1.376μm降低至1.222μm,夹杂物尺寸＜2μm的比例由79%上升至89%.这主要是因为碱性MgO-CaO坩埚兼具脱磷、脱硫、脱氧的作用,同时CaO还能与钢中的Al₂O₃夹杂物发生反应,生成熔点更低的复合夹杂物,因此更容易上浮去除,进一步净化钢液.     

电渣重熔过程的数值模拟

以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象,建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明,在电极和钢锭内,电流主要集中在外表面,在渣池内主要集中在电极角部;由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响渣池内流场和温度场;随着熔速的增加,熔池深度和两相区最大宽度增加;本工况下,700~800kg/h的熔速将对应一个最短的局部凝固时间.     

Research on droplet formation and dripping behavior during the electroslag remelting process

A better understanding of droplet formation and dripping behavior would be useful in the efficient removal of impurity elements and nonmetallic inclusions from liquid metals. In the present work, we developed a transparent experimental apparatus to study the mechanisms of droplet formation and the effects of filling ratio on droplet behavior during the electroslag remelting (ESR) process. A high-speed camera was used to clearly observe, at small time scales, the droplet formation and dripping phenomenon at the slag/metal interface during a stable ESR process. The results illustrate that a two-stage process for droplet formation and dripping occurs during the ESR process and that the droplet diameter exhibits a parabolic distribution with increasing filling ratio because of the different shape and thermal state of the electrode tip. This work also confirms that a relatively large filling ratio reduces electricity consumption and improves ingot quality.     

A coupled model of TiN inclusion growth in GCr15SiMn during solidification in the electroslag remelting process

TiN inclusions observed in an ingot produced by electroslag remelting (ESR) are extremely harmful to GCr15SiMn steel. There-fore, accurate predictions of the growth size of these inclusions during steel solidification are significant for clean ESR ingot production. On the basis of our previous work, a coupled model of solute microsegregation and TiN inclusion growth during solidification has been estab-lished. The results demonstrate that compared to a non-coupled model, the coupled model predictions of the size of TiN inclusions are in good agreement with experimental results using scanning electron microscopy with energy disperse spectroscopy (SEM-EDS). Because of high cooling rate, the sizes of TiN inclusions in the edge area of the ingots are relatively small compared to the sizes in the center area. Dur-ing the ESR process, controlling the content of Ti in the steel is a feasible and effective method of decreasing the sizes of TiN inclusions.     

硫质量分数对Ti-Zr脱氧E36钢中夹杂物的影响

为明确钢中硫质量分数对Ti-Zr脱氧的E36船板钢中夹杂物的影响,在1873K下,在MoSi2电阻炉上用70mm×100mmMgO坩埚开展了3炉E36钢炼钢实验.结果表明,Ti-Zr脱氧钢中夹杂物主要以含TiOx和ZrO2成分的外围包裹MnS的球形夹杂物为主,典型夹杂物为Al2O3-TiOx-MnS,MgO-SiO2-Al2O3,Al2O3-SiO2-TiOx-ZrO2,TiOx-SiO2-Al2O3-MnS等.随着硫质量分数的增加,小于10μm的夹杂物所占比例逐渐提高到99.5%,夹杂物平均直径由1.7μm增大到2.3μm,夹杂物中平均硫质量分数和单个夹杂物中MnS所占的面积百分比均增加,w[S]=0.0015%时面积比为0.15%,w[S]=0.011%时面积比达到0.72%.