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电渣重熔电极熔化与液态金属熔池形状的实验研究

李犇  
【摘要】:电渣重熔整个熔炼过程包含有极其复杂的物理化学反应过程,其将熔化、精炼提纯、凝固合为一体,最终得到所需的钢锭毛坯件。随着各国对钢锭机械性能和使用寿命要求的提高,如何能够获得纯度更高并且表面光洁组织致密的钢锭是我们当前要研究的主要内容。小型电渣重熔实验与数值模拟相比,虽然在操作方面不易控制且获取数据有一定困难,但是更切合实际,对工业大型钢锭的生产具有一定的指导意义,本文针对单电极电渣重熔做了相应的研究。本课题主要研究内容:(1)在电渣重熔实验,利用高斯计测得不同渣厚在不同电流下电极沿着径向向外的磁感应强度的大小,并利用测温仪测量得不同电流下的渣温。(2)对于不同的填充比,实时观察不同电流下的电极端头形状。在熔炼稳定期,通过记录每段长度熔炼的时间,计算出不同渣厚在不同电流下的熔速变化规律。(3)为了能够清晰有效的跟踪整个熔炼过程的液态金属熔池形状变化规律,本文采用双合金串接法,跟踪不同电流下的熔池深度的变化规律。(4)为了验证渣池中渣温的分布不均匀性,本文做了“真假”电极重熔实验。所谓“真假”电极即一根电极通电流,另一根不通电流,且两个电极之间绝缘。(5)在实际工业应用中,电渣生产的钢锭毛坯经经加工后的成品,比如汽轮机转子,沿长度方向上不同部位的机械性能不同,需要人为的加入一些合金元素,故本文研究了双合金重熔钢锭中镍元素含量过渡段的长度即其所处位置。本课题研究结论:(1)距离电极轴线越近,磁感应强度越大且增加的越快。同一电流下,距离结晶器上表面的高度对电极外围径向的磁感应强度影响很小。距离结晶器上表面同一高度,加载电流越大,电极外围磁感应强度越大。控制渣厚单一变量,磁感应强度随着渣厚的增大而增大,当渣厚增大到一定值,磁感应强度变化不大。(2)其他工艺参数不变的情况下,加载电流越大,电极的熔化率就越大,电极端头越尖,即端头锥高越大。在共同熔炼电流区域内,小填充比的电极端头比大填充比的电极端头尖,锥高要大。控制渣厚单一变量,在一定范围内,熔速随着渣厚的增加而增大,当渣厚增加到一定值时,熔速反而有所下降。(3)实验中,双合金串接法能够清晰地跟踪电渣重熔的整个熔炼过程的金属熔池形状,熔炼初始阶段,钢锭很短,金属熔池中热量主要向底水箱传递且传递速率很高,所以熔池很浅。随着钢锭的增长,热量传递主要发生在径向,传热速度下降,金属熔池深度有所增大,当达到稳定期,熔池形状和深度基本不变。其他工艺参数不变的情况下,电流越大,稳定期的金属熔池深度越大。(4)“真假”电极实验证实渣池中的温度分布的确并不均匀,电极正下方有一个高温区域,渣池其他区域温度都较低。(5)两种等量的合金钢顺序熔炼之后,过渡段的起始位置在酸蚀后的熔池形状偏下,且过渡段中镍含量等值线与熔池形状一致,过渡段的长度约等于金属熔池的深度。


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