收藏本站
《东北大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电渣重熔过程凝固数学模拟及新渣系研究

董艳伍  
【摘要】: 由于电渣重熔钢锭具有组织致密、成分均匀、表面光洁和成材率高等优点,因此从电渣重熔技术产生之后,就成为生产某些特殊材料的重要手段。长期以来,电渣重熔工艺制度往往凭经验制定,缺乏理论指导,虽然也有许多研究者通过建立数学模型的方法描述电渣重熔过程,并探索最优的工艺,但仍然有许多需要研究的内容。电渣重熔技术产生以后,开发出了许多渣系用于电渣重熔生产,但往往电耗较高,目前国内某厂电渣重熔冷轧辊用钢时吨钢电耗在1500~1600kWh。同时,电渣重熔后钢中增氢严重,电渣钢锭需要进行长期的扩氢处理,以降低钢中的氢含量。在应用电渣重熔生产某些易偏析钢种时,钢中析出的有害相含量较高,有待于通过研究进行控制。本文从上述电渣重熔过程所存在的问题出发,对其进行了相关的研究,旨在提高钢锭质量、降低电耗,探索降低钢中气体含量方法和控制钢中有害相析出含量的途径。 针对电渣重熔电耗较高等问题,在现场原用三七(L0)渣系基础上,添加了降低渣系电导率的氧化物组元,开发了L1、L2和L3渣系,并与传统的电渣重熔用L0渣系进行了对比研究。对新设计渣系进行的熔点、粘度、碱度、密度和电导率等的测算结果表明,新设计渣系完全满足电渣重熔用渣要求,并且新设计的渣系电导率更低,更有利于降低电耗。 对渣系渗透性的研究结果表明,L0渣系的渗透率最低,这与众多文献资料报道的使用L0渣系重熔后钢中增氢量最小的结果相一致。本文所测得的L0渣系渗透率数值为0.48×10-6 mol·cm-1·min-1。L2渣系对氢的渗透率比L0渣稍大,渗透率为0.98×10-6 mol·cm-1·min-1,同样具有较低的氢渗透率,适合于生产冷轧辊用钢等氢敏感钢种,而其他渣系的氢渗透率相对较高。影响渣系氢渗透率的因素比较多,首先,光学碱度对渣系氢渗透率有重要的影响,总体趋势是光学碱度越大氢渗透率越大。其次,虽然CaO具有较大的水容量,但CaO含量过高更有利于向钢液中渗氢,而Al2O3作为酸性氧化物而存在,有利于阻止氢的渗透。研究表明,本文中所提出的渣系氢渗透率衡量指数EH越大,氢的渗透率越小 使用各渣系在实验室所进行的电渣重熔实验研究表明,重熔初期钢中氢含量最高,此时钢中氢含量主要受渣系中含有水分、渣系氢渗透率、自耗电极中氢含量和大气湿度所控制,而重熔中后期钢中氢含量基本恒定,此时钢中氢含量受渣系氢渗透率、自耗电极中氢含量和大气湿度所影响。使用渗透率最低的L0渣系在大气下重熔后,钢中增氢量很小,使用渗透率较低的L2渣系大气下重熔后,钢中增氢量也不大,而其他渗透率较高的渣系大气下重熔后,钢中氢含量较高。研究发现,使用保护气氛和预熔渣重熔,效果最佳,不仅重熔初期钢中氢含量较低,而且重熔中后期钢中增氢量也最低,因为此时钢中氢含量已经基本排除了重熔初期渣系中所含有的水分的影响,也排除了大气湿度对钢中氢含量的影响。对应用各渣系重熔后的钢锭分析后发现,L0和L3渣系重熔后钢中夹杂物总量较低,而L2稍高,L1渣系重熔后钢中夹杂物最高,并且颗粒较大,在L1和L3渣系重熔后的钢中发现大量的氮化物夹杂,这与Ll和L3渣系渗透率较高密切相关。 工业实验的研究结果表明L1渣系与L0渣系电耗情况相当,而L2渣系可大幅度的降低电耗,吨钢电耗比L0渣系降低了近200kWh,钢中氢含量小于2ppm,同时新渣系的使用,大大提高了产品的合格率,为企业带来了更大的经济效益。 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,建立了电渣重熔数学模型,并以重熔体系的温度场分布作为考查的重点,将铸锭凝固过程的局部凝固时间与枝晶间距联系起来,进而通过控制二次枝晶间距来控制铸锭的凝固质量。研究表明,电渣重熔渣池中心的最高温度达到1800℃以上,直径950mm的重熔钢锭铸锭中心的局部凝固时间最长,达到2300s以上,对应的枝晶间距最大,所检测出的二次枝晶间距的大小在500μm左右,而铸锭边缘部位的局部凝固时间较短,在600s左右,对应的二次枝晶间距相对较小,只有200μm左右,从铸锭边缘到中心,枝晶间距逐渐增大,而铸锭的凝固质量也从边缘到中心逐渐变差。 模型经过验证后,使用数学模型对Φ130mm结晶器的电渣重熔工艺制度进行了优化设计,并以IN718合金为研究钢种进行了重熔实验,实验发现,电渣重熔后,IN718合金中的夹杂物含量大幅度的降低,通过合理的控制重熔工艺制度,可以有效的控制IN718合金的凝固质量,使其铸锭表面光洁、成分均匀、无宏观缺陷,降低铸锭中的脆性Laves相的析出含量,并降低合金元素的偏析程度。通过实验分析,还提出了Φ130mm结晶器的最佳控制熔速为66kg/h。对应的铸锭中心局部凝固时间为375s,凝固速度(铸锭上涨速度)为10.1mm/min。 在实验室所进行的电渣重熔Cr5冷轧辊用钢的实验研究进一步表明,模型计算可以为工艺的制定提供理论依据,通过采用合理的工艺制度可以有效控制电渣重熔钢锭的由于偏析所析出的有害相含量,从而提高钢锭质量。 在现场的电渣重熔实验表明,模型计算的金属熔池形状和深度与硫印实测情况吻合较好,说明模型是比较准确的。对现场实验的Cr5冷轧辊电渣钢锭进行解剖分析后发现,电渣钢锭的大部分元素宏观偏析率基本能够控制在0.95~1.05范围内,气体含量也较低,满足钢种的要求。由钢锭的边缘到中心,钢锭的二次枝晶间距不断增大,所检验出最大二次枝晶间距为557μm。Cr5冷轧辊用钢电渣钢锭中所出现的碳化物相含量由铸锭的边缘到中心不断增多,并且颗粒度也逐渐加大,这与枝晶间距的增大息息相关。因此,以枝晶间距大小作为衡量铸锭凝固质量的一个标准是可行的。经过SEM分析发现,Cr5电渣钢锭中所析出的碳化物主要为M7C3和MC型碳化物。 现场电渣钢锭分析发现,钢锭中还存在一定的缺陷,这与熔速过高、工艺制度还不够合理有关,因此应用数学模型进行了进一步的工艺制度的计算,新工艺的使用效果还有待于进一步的实验研究。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TF142

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李正邦;张家雯;;电渣重熔铸锭中微量元素镁的控制[J];钢铁;1997年05期
2 常立忠;杨海森;李正邦;;电渣重熔过程中的氧行为研究[J];炼钢;2010年05期
3 吕俊杰,储少军,刘海洪;电渣重熔铸铁渣系的选择[J];北京科技大学学报;1990年04期
4 周茂华;;浅析GH2132合金电渣重熔Φ550mm锭型中渣系对钛烧损的影响[J];特钢技术;2007年02期
5 江昌平;王国强;刘道弟;刘崇礼;;低能耗无污染电渣重熔CT渣系的研究[J];特殊钢;1982年04期
6 吕俊杰,储少军,刘海洪;电渣重熔铸铁渣系的试验研究[J];铸造;2004年03期
7 李正邦;姜晋文;杨德琦;张家雯;;降低电渣重熔电耗的途径[J];新技术新工艺;1982年03期
8 杨海森;常立忠;朱航宇;刘吉刚;李正邦;;电渣冶金过程中氧含量变化的研究[J];材料与冶金学报;2011年S1期
9 王光迪;张福臣;;渣系对电渣钢夹杂物的影响[J];特殊钢;1984年02期
10 耿鑫;姜周华;;电渣重熔大型板坯的质量控制[J];材料与冶金学报;2011年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沈海军;张莹;朱春恋;童英豪;黄诺城;;降低热作模具钢H13电渣重熔电耗的研究[A];2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集[C];2011年
2 单美龙;李宝宽;;电渣重熔过程中焦耳热与温度场的有限元分析[A];2010年中国铸造活动周论文集[C];2010年
3 王芳;李宝宽;;双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究[A];2010年中国铸造活动周论文集[C];2010年
4 王芳;李宝宽;;双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年
5 陈明秋;李宝宽;;电渣重熔钢锭组织结构的元胞自动机法模拟[A];2010年中国铸造活动周论文集[C];2010年
6 李宝宽;陈明秋;王芳;齐凤升;;电渣重熔钢锭组织结构的元胞自动机法模拟[A];2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集[C];2011年
7 徐冉;宋波;何为;曹战民;闫柏军;杨定国;;钢渣熔化温度理论研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年
8 阳燕;刘建华;包燕平;赵鹏;姚伟;崔晓宁;;电渣重熔对热作模具钢H13洁净度的影响[A];第十六届全国炼钢学术会议论文集[C];2010年
9 王建军;罗林根;李兆丰;周俐;王海川;孔辉;;钢水中残余元素-砷的脱除研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年
10 孙贵平;闫忠峰;马志伟;张国法;张海军;;LF炉精炼ER70S-6钢的渣系优化[A];河北省2010年炼钢—连铸—轧钢生产技术与学术交流会论文集(上)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 先越蓉;钢品质和合金电渣重熔的改进[N];世界金属导报;2010年
2 本报记者 赵一蕙;鞍钢股份收购集团电渣重熔资产[N];上海证券报;2009年
3 李正邦;50载薪尽火传 50载春华秋实[N];中国冶金报;2008年
4 傅杰;第一代电渣重熔装备技术的发展[N];中国冶金报;2009年
5 姜周华;电渣重熔:市场需求促进装备技术水平提升[N];中国冶金报;2009年
6 姜周华;新一代电渣冶金技术满足高品质特殊钢需求[N];中国冶金报;2010年
7 傅杰;第一代电渣冶金理论成果[N];中国冶金报;2009年
8 陈姗姗 整理;鞍钢8542万元收购母公司资产[N];第一财经日报;2009年
9 董艳伍;提高对预熔渣认识有效改善表面质量[N];中国冶金报;2010年
10 邵国 孙斌 韩峰 杨冬梅;通裕一项目填补国内空白[N];德州日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 董艳伍;电渣重熔过程凝固数学模拟及新渣系研究[D];东北大学;2008年
2 曹方;电渣重熔过程智能控制方法的研究[D];大连理工大学;2010年
3 唐建军;基于电渣重熔的大型铸锭成型关键技术研究[D];南昌大学;2011年
4 臧喜民;电渣连铸技术的开发及工艺研究[D];东北大学;2008年
5 沈婕;镍基合金中非金属夹杂物及其去除技术的研究[D];兰州理工大学;2008年
6 于雄;高铝钢连铸结晶器保护渣的基础研究[D];重庆大学;2011年
7 汪金良;重金属短流程冶金炉渣活度研究与过程数值模拟[D];中南大学;2009年
8 何生平;无氟和低氟连铸保护渣研究[D];重庆大学;2010年
9 李花兵;高氮奥氏体不锈钢的冶炼理论基础及其材料性能研究[D];东北大学;2008年
10 唐萍;连铸结晶器内渣膜结晶动力学及渣膜结构研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈艳梅;电渣重熔过程中渣成分变化机理研究[D];西安建筑科技大学;2011年
2 肖志新;电渣重熔用渣烘烤制度的研究[D];东北大学;2008年
3 黄利;电渣重熔系统电磁场及流场分析[D];东北大学;2008年
4 王岳;电渣重熔过程磁场和渣池发热的数值模拟[D];东北大学;2008年
5 翟鑫;电渣重熔过程的可视化动态模拟系统研究与开发[D];东北大学;2008年
6 牛全峰;自保护药芯焊丝的研究[D];武汉理工大学;2005年
7 柳明;新型耐磨堆焊烧结焊剂的研制[D];华中科技大学;2008年
8 张伟;超强结构钢的冶金工艺研究[D];江苏科技大学;2010年
9 管迎春;典型高级塑料模具钢材的研究及抛光工艺的探讨[D];清华大学;2006年
10 史慧恩;钢水炉外深脱磷实验研究[D];河北理工学院;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026