Effect of mold rotation on the bifilar electroslag remelting process

A novel electroslag furnace with a rotating mold was fabricated, and the effects of mold rotational speed on the electroslag remelting process were investigated. The results showed that the chemical element distribution in ingots became uniform and that their compact density increased when the mold rotational speed was increased from 0 to 28 r/min. These results were attributed to a reasonable mold speed, which resulted in a uniform temperature in the slag pool and scattered the metal droplets randomly in the metal pool. However, an excessive rotational speed caused deterioration of the solidification structure. When the mold rotational speeds was increased from 0 to 28 r/min, the size of Al₂O₃ inclusions in the electroslag ingot decreased from 4.4 to 1.9 μm. But the excessive mold rotational speed would decrease the ability of the electroslag remelting to remove the inclusions. The remelting speed gradually increased, which resulted in reduced power consumption with increasing mold rotational speed. This effect was attributed to accelerated heat exchange between the consumable electrode and the molten slag, which resulted from mold rotation. Nevertheless, when the rotational speed reached 28 r/min, the remelting speed did not change because of limitations of metal heat conduction. Mold rotation also improved the surface quality of the ingots by promoting a uniform temperature distribution in the slag pool.     

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.     

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.     

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。     

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     

Fe-Al基金属间化合物的电渣重熔工艺

通过适当的非真空冶炼＋电渣重熔工艺,制备了含Ｃｒ的Ｆｅ３Ａ１基金属间化合物合金． 实验发现,选择适当的热输入工艺参数,电渣重熔过程极大地降低了Ｆｅ３Ａ１基金属间化合物合 金中的Ｓ,Ｏ,Ｈ,Ｐ等杂质元素的含量,改善了析出相的大小与分布．铸锭具有良好的热加工性能, 经锻造和中温热机械处理后,纵向室温延伸率分别超过８％和１０％,屈服强度超过４００ＭＰａ,断 裂强度达到 ７００ ＭＰａ,力学性能与同类真空冶炼大体积材料的性能相当．     

水冷铜模与砂模铸造M2钢显微组织对比

采用实验室25 kg高频真空感应炉熔炼M2钢,并用水冷铜模和砂模均浇铸为横截面100 mm×50 mm的M2钢铸锭,研究冷却速度对M2钢二次枝晶间距、渗透率、碳化物和晶粒尺寸及分布的影响.研究结果表明：M2钢凝固过程中,快的冷却速度能有效减小二次枝晶间距、渗透率、晶粒和网状碳化物的尺寸,同时可以改善晶粒和网状碳化物的分布和均匀性；砂模和水冷铜模M2钢铸锭的平均二次枝晶间距分别为42.5μm和21.6μm,平均冷却速度为1.06 K·s-1和12.50 K·s-1,平均渗透率分别为0.13μm2和0.035μm2.快的冷却速度能有效减轻中心碳偏析程度,砂模和水冷铜模模铸的M2钢铸锭中心碳化物面积分数分别为0.46和0.30,且其较各自的平均值分别增大38.7%和2.2%；水冷铜模铸锭平均晶粒尺寸(43.1μm)较砂模铸锭的平均晶粒尺寸(72.6μm)减小约40.7%,铸锭中心晶粒尺寸减小43.2%,且水冷铜模铸锭的晶粒尺寸较砂模铸锭均匀.文中获得了M2钢凝固过程中晶粒尺寸与冷却速度的关系式.     

纸张超声波干燥速率的试验研究

为了解决目前造纸干燥部能耗较大的问题,对纸张超声波干燥过程中振板厚度、初始含水率、超声波功率的影响进行试验研究。采用自制纸张超声波干燥装置,利用超声波的机械效应和空化效应,通过含水率测量仪、电子天平等测量过程中纸张含水率的变化,通过计算得出干燥速率。试验发现当功率固定为200 W时,振板厚度为2 mm,最佳超声波频率为22.6 kHz时,干燥效率达到最高;超声波干燥速率在1 s内达到最大,随着含水率的下降,干燥速率也迅速减小,并基本稳定;干燥速率随着功率的增大呈现出先增大后减小的变化趋势,且两者保持非线性变化关系,当超声波功率为540 W时,超声波干燥速率最佳。结果表明,超声波干燥可作为高效率阶段性干燥,在压榨部与烘干部之间进行辅助干燥,从而减小烘干部长度。     

双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

以双级串联电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了三维谐波电磁场数学模型,分析了其磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明:对于双电极电渣重熔系统,临近效应占据主导,这和单电极电渣重熔系统集肤效应占主导完全不同.电流密度主要集中在渣内上半部分及两对电极的内侧,并且只有总电流的1/5~1/4流经钢锭;焦耳热的最大值出现在渣中及电极底部内侧.参数研究还发现:当频率大于等于35 Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.     

空心环形件电渣熔铸内结晶器铜板变形有限元瞬态分析

借助有限元方法,建立含结晶器、自耗电极、渣池、金属熔池、铸锭、底垫、渣壳和气隙区的物理模型,模拟"空心环形件电渣熔铸"金属熔池形成、发展、结束过程中内结晶器铜板的径向变形.模拟与试验结果表明,当结晶器、自耗电极、渣料渣深、炉口电压相同时,一般金属熔池越浅,越容易获得良好组织;金属熔池越深且温度越高,内结晶器铜板炉后径向位移量越大;熔铸过程内结晶器铜板中部最易变形,该位置增加筋板可有效控制内结晶器铜板的炉后径向变形.     

微波-超声波辅助提取金丝小枣环磷酸腺苷的技术研究

为提高金丝小枣环磷酸腺苷提取率,以金丝小枣为原料,通过Plackett-Burman(PB)实验设计,确定了影响金丝小枣环磷酸腺苷提取率的显著因素为微波时间、料液比、超声时间和超声功率。在此基础上,通过Box-Behnken(BB)实验设计、响应面分析法,最终得出了超声时间是影响提取效果的最显著因子,其次是料液比,微波时间、超声功率在设定条件范围内对提取效果影响不显著。确定了金丝小枣环磷酸腺苷的最佳提取条件为微波功率440 W、微波时间64 s、料液比1:8、超声时间21 min、超声功率300 W、超声温度20℃,在此条件下,金丝小枣环磷酸腺苷提取率为90.83%。本研究成果能够为医药和食品工业提供良好的天然活性物质,为金丝小枣及其他枣品的深加工和工业化应用提供了参考依据。     

电磁软接触连铸圆坯结晶器传热分析

针对电磁软接触连铸过程,建立了结晶器三维电磁场及温度场模型,研究了电流、电源频率、铸坯与结晶器间热流密度以及绝缘材料导热性能对温度场的影响.结果表明,在高频电磁场作用下结晶器壁温度相比传统连铸结晶器有所提高.当前计算条件下,频率和电流增大,结晶器壁峰值温度随之升高.热流密度的大小直接决定着结晶器壁的温度分布,热流越大,温度沿高度方向的不均匀性越明显,沿结晶器周向,由于材料不连续引起的温度梯度也越大.绝缘填缝材料的导热性能对结晶器壁温度分布有较大影响,导热性能差的绝缘材料使温度沿高度方向出现两个峰值,分别对应于切缝的两端,加大了铜壁的温度梯度.     

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。     

电渣液态浇注空心钢锭的数值模拟

建立了电渣液态浇注空心钢锭体系三维准稳态数学模型,利用商业软件ANSYS与CFX进行顺序耦合求解,得到了电渣液态浇注空心钢锭过程的电场、磁场、温度场与流场.计算结果表明,由于采用了导电结晶器技术,渣池电位、焦耳热分布、磁场分布、流场分布与温度场分布等均有别于传统电渣重熔过程.渣池高温区位于外结晶器壁附近,远离渣金界面,最高温度为2 113 K.渣池流场存在两个漩涡,浮力为主要的驱动力,熔渣最大速度为0.068m.s-1.金属熔池呈浅平状,有利于提高空心钢锭的凝固质量.     

方坯结晶器角部钢液初始凝固行为及其影响因素的数值模拟分析

针对方坯结晶器内角部区域钢液的初始凝固行为,建立耦合方坯、保护渣和结晶器铜板的传热数学模型,研究结晶器圆角半径、角部铜板厚度及冷却水量对铸坯角部温度分布及凝固坯壳厚度的影响。结果表明,增大结晶器圆角半径、增加角部铜板厚度或降低结晶器内冷却水量,均可一定程度上改善初始凝固区域铸坯凝固坯壳厚度的周向均匀性,提升铸坯质量;其中,增大结晶器圆角半径的影响效果最为显著。     

电渣重熔结晶器复合传热模型

针对电渣重熔结晶器内钢锭(渣池)/渣皮/气隙/铜壁/冷却水体系中的复杂传热过程,根据钢锭和渣皮的热缩性、炉渣和气隙的分布等将结晶器传热现象分为5种模式,基于结晶器轴向温度梯度最大原则划定各传热模式间的界限.综合5种传热模式的传热方式建立关于钢锭(渣池)/渣皮/气隙/铜壁/冷却水界面间复合传热过程的统一数学模型.利用电渣重熔结晶器多点连续测温系统,将测得的温度值作为边界条件,得出电渣重熔系统中钢锭(渣池)/渣皮/气隙/铜壁/冷却水界面的温度和沿径向传递的热流量.利用计算的结果分析该复杂传热体系中5种传热模式径向温度变化的规律.     

半固态Al-28Pb铸锭中Pb的分布

为有效解决铸造 Al- 2 8Pb润滑材料存在的 Pb分布不均问题 ,开发了半固态 Al- 2 8Pb加工技术 ,通过对不同固相率半固态浆料的常规铸锭中 Pb的分布进行研究 ,得到了半固态浆料固相率与铸锭中 Pb分布之间的关系。研究结果表明 ,随着浆料固相率的增大 ,铸锭中不同部位 Pb颗粒尺寸的差别逐渐减小 ,当固相率大于 4 5 %时 ,Pb颗粒尺寸的差别基本得以消除 ,尺寸相当的 Pb颗粒可均匀地分布在整个铸锭中。     

超声波辅助催化合成尼泊金正辛酯

在超声波辐射下以对羟基苯甲酸和正辛醇为原料、SnCl4为催化剂合成尼泊金正辛酯.考察了原料配比、催化剂用量、超声波辐射功率及辐射时间对尼泊金正辛酯收率的影响.结果表明:超声波辐射下SnCl4具有良好的催化活性.最佳工艺条件为:对羟基苯甲酸13.8 g(0.1 mol),醇酸物质的量比2.5:1,环己烷15 mL,催化剂0.7 g,300 W超声波辐射30 min,尼泊金正辛酯收率达到90%以上.     

电渣重熔过程渣皮组织和成分变化与渣池的关联性

电渣重熔过程渣皮存在明显的分层现象。本文对生产过程渣皮进行取样分析，揭示不同位置渣皮分层的组织结构和成分分布。结合激冷层的生成机制，提出以激冷层成分反映渣池成分的设想。通过同一支电渣锭生产过程不同位置(高度)渣皮的激冷层成分测定，得到冶炼过程渣池成分的变化规律。