电渣重熔过程传热特性的实验研究

本研究对电渣重熔过程中电极表面温度,渣池温度,钢锭底部温度、结晶器壁及其冷却水中沿高度的温度分布进行了实验测量。利用安装在结晶器壁上的热流计,对重熔过程在结晶器壁内侧的热流密度沿高度的分布进行了实验测量。进而考察了三种渣系对重熔过程热行为的影响。     

GH36A合金电渣重熔Mg含量的控制

本文根据文献热力学数据,导出了反应; [Mg]％_(F~0)+[O]％=MgO_((s))的标准自由能变化ΔG°=-505009+145.03T,J.mol~(-1)(1780≤T≤2000°k)进而用热力学分析了GH36合金在含MgO或MgF_2渣系中电渣重熔合金中Si、Mn等成分对产生或保持合金中含有≥0.0020Wt％Mg的不可能性,提出了含Mg的GH36A合金电渣重熔时自耗电极中含有少量Al的必要性。研究了原始Al含量([Al]_0)、原始Mg含量([Mg]_0)以及熔渣成分对锭中Mg含量[Mg]的影响。当渣池温度为1690±10℃,0.32≤[Al]_0≤0.62Wt％,0.0035≤[Mg]_0≤0.0140Wt％,熔渣成分为0.10≤N_(MgO)≤0.30,0.05≤N_(Al_2O_3)≤0.21,N_(CaO)≤0.15范围,建立了GH36A合金电渣重熔控制[Mg]的关系式。 研究发现,含有适量的Mg、Al的GH36A合金可大幅度地提高合金在650℃,372.65×10~6Pa的缺口、光滑持久寿命,消除合金缺口敏感性。     

含铝钛合金电渣重熔中的渣系设计及脱氧热力学

以炉渣离子、分子共存理论为基础,1Cr21Ni5Ti钢为研究对象,Al为脱氧剂,根据熔渣-金属中各个组元的平衡反应和质量守恒,建立了脱氧热力学模型,并在脱氧基础上设计了渣系.在脱氧剂Al不同的加入量条件下对1Cr21Ni5Ti钢中的Si,Al,Mn的平衡质量分数和渣中Ti O2的需求量进行了计算,Ti O2的加入保证了钢中Ti的含量.结果表明:随脱氧剂Al的增加,Si,Al,Mn,Al2O3的平衡质量分数呈上升的趋势,Si O2,Fe O,Mn O以及渣系中Ti O2的设计量呈下降的趋势;当Al加入量达到0.2%后,渣中不稳定氧化物含量很低,大部分Al进入到钢液中,造成钢液增[Al].根据1Cr21Ni5Ti的Si,Al,Mn的成分要求,得到Al的最大加入量为0.15%/吨钢,此时渣系中Ti O2的设计量为4%,达到保钛的目的.     

不同熔化速率下的电渣重熔过程数值模拟分析

电渣重熔能提高钢锭的质量,从而满足特种行业的需要,其过程伴随着复杂的物理现象,存在着磁流体流动、传热和传质以及电化学等多方面的影响。通过耦合电磁以及流动和温度方程对电渣重熔过程的三维瞬态进行了数学模拟,研究了熔化速率对重熔过程的影响。结果表明:电流密度、焦耳热和电磁力都随着熔化速率的增大而增大,当熔化速率由14.4kg/h增加到27.0kg/h,电流密度、焦耳热和电磁力最大值的增大比例超过100%。随着熔化速率的增大,温度最大值有小幅的增加,而且速度最大值的增大幅度接近50%;金属熔池深度则由27mm增大到38mm,不利于保证铸坯的质量。     

电渣重熔过程渣池磁流体力学行为数值模拟

建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型,在考虑渣池内电磁力和热浮力对熔渣流动影响的基础上,分析了电渣重熔工艺(电极形貌、插入深度和电流强度)对渣池磁流体力学行为的影响规律.结果表明:当电磁力为主时,渣池内存在逆时针涡流;当热浮力为主时,渣池内存在顺时针涡流.电渣重熔电流5kA,频率50Hz,电极端部为平面时,渣池内同时存在逆时针和顺时针涡流,最大流速为005m/s;当电极端部为锥形时,渣池内部只存在顺时针涡流,最大流速为020m/s..增加电极插入深度和增大电流强度都会增强渣池内逆时针涡流;相反,则增强渣池内顺时针涡流.     

镍基合金涂层炉内重熔研究

研究了炉内重熔加热温度、加热时间对镍基自熔合金粉末涂层组织的形貌的影响,测定并分析了基材至涂层的成分分布曲线,显微硬度曲线、熔合区成分等。研究结果表明,Ｎｉ２５熔点在１３００℃以上,Ｎｉ６０熔点在１０５０℃左右,炉内重熔的涂层－基材熔合区较宽;重熔时间对涂层的显微硬度值有没有明显的作用。     

工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响

研究了工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响,结果指出固液界面位置是衡量其稳定性的一个重要指标,工艺因素通过它对稳定性产生影响,正锥度的结晶器 以及结晶器壁内的温度分布与温度梯度是下拉法连续定向凝固稳定进行的关键。     

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．     

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     

AZ91D镁合金组织细化及其对部分重熔半固态组织的影响

通过对熔体进行高强度剪切处理,研究了其对AZ91D镁合金的组织细化作用,获得了不同的铸锭组织,并研究了铸锭初始组织对二次加热后组织的影响.结果表明,熔体高强度剪切处理具有显著的晶粒细化作用,在650℃对熔体高强度剪切处理后,AZ91D镁合金铸锭平均晶粒尺寸由500μm降到170μm.降低熔体处理温度至605℃,组织得到进一步细化,平均晶粒尺寸约为60μm.原始组织大小对二次加热后组织的大小、液相分布具有重要的影响.熔体高强度剪切处理对AZ91D镁合金铸锭的晶粒细化作用在二次加热后能够基本保留下来.在相同的加热条件下,均匀细小的原始组织有利于获得更高的有效液相分数和更趋于球形的晶粒组织.