核电用大型钢锭电渣重熔工艺模拟及生产应用

论证了应用于核电主管道和12%Cr 转子钢用百吨级巨型电渣钢锭重熔过程数学模型,形成电渣重熔工艺过程三维数值模拟计算程序ESR3D.模拟了电渣重熔全过程,包括电极熔化,金属熔滴自由下落,金属熔池的形成,金属熔池和渣池的上升、移动,三组电极分别更换,在线安装上结晶器,钢锭在水冷结晶器中凝固等.模拟并优化的电渣重熔工艺应用于生产80～120t大型电渣钢锭,其质量满足核电和超超临界火电机组技术要求.     

大型电渣重熔值得注意的几个问题

大型电渣重熔作为生产100 t以上直至300 t重大锻件用巨型钢锭的理想方法,正在被更多的人们所关注.本文回顾了电渣重熔的大型化缘起和发展.根据200 t级电渣炉的实践经验,讨论了大型电渣重熔一些值得注意的问题,如设备与工艺,特大电流短网,低氢控制,均匀性控制等.     

电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展

中国电渣冶金起步于1958年,至今所有特殊钢厂均建有电渣冶金车间,拥有工业电渣炉86台,年生产能力10万吨.产品包括优质合金钢与超级合金243个牌号.中国冶金工作者在电渣炉型结构、电渣重熔(ESR)工艺、电渣熔铸(ESRC)异型铸件、制备大钢锭及电渣重熔机理方面取得重大成就,成果得到国外同行认可.     

用模铸八角锭作为自耗电极生产H13钢电渣重熔锭

通过调整电渣重熔时的冶炼工艺参数,直接以截面差异较大的5.0 t模铸八角锭作为电渣重熔用自耗电极,生产出了质量优良的H13钢电渣重熔锭。该工艺可降低生产成本、缩短生产周期。     

40CrNiMoA钢曲轴毛坯的试制

采用电弧炉冶炼+LF精炼+VD真空除气+电渣重熔工艺生产7吨级40CrNiMoA钢锭,并锻造了曲轴毛坯。提出了电极坯及电渣锭制备工艺制度,确定了锻造及锻后热处理工艺。各项技术指标均达到了质量要求。     

Mn18Cr18N护环钢电渣重熔工艺的研究

通过对10t电渣炉电气特性的分析,确定了渣池输入功率最大时的临界电流值。理论分析了供电制度、电极直径、渣系和钢种对电渣重熔钢锭表面质量的影响机理。钢锭侧面凝固前沿位置即金属熔池具有无圆柱部分是判断电渣锭表面质量优劣的基本依据。工业试验和理论分析阐明了改善Mn18Cr18N电渣重熔钢锭表面质量的主要措施,并提出了合理的重溶工艺制度。     

电渣熔铸渣皮分层现象研究

研究电渣熔铸过程中渣皮的形成机理.通过电渣重熔钢锭渣皮逐层物化检测,提出在钢锭凝固过程中,在其上周缘存在"环形小熔池","小熔池"的形状和稳定性影响钢锭渣皮厚度和表面品质.采用过冷度大、熔点低的渣比过冷度小、熔点高的渣更易保证表面品质.     

4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭的超声波探伤

介绍4Cr5MoSiV1电渣重熔钢锭的超声波检测方法、特点、工艺和钢锭解剖验证的缺陷示例。     

直径2000mm超大型高温合金涡轮盘的制造工艺研究

通过大型高温合金钢锭电渣重熔工艺的研究,成功试制出了国内最大高温合金钢锭-GH2674合金φ900mm的钢锭;开发了新的涡轮盘分区变形的锻造工艺,利用4000t快锻机成功试制出了φ1840～φ2118mm的超大型高温合金涡轮盘.采用分区锻造新工艺生产的超大型GH2674合金涡轮盘,组织与性能全部满足技术标准要求,其晶粒组织比传统模锻的大型涡轮盘晶粒组织更加细小,而且不同部位的晶粒组织比较均匀.     

电渣重熔结晶器焊接工艺的研究

为了提高电渣重熔结晶器的质量,延长其使用寿命,降低成本,在进行了一系列试验的基础上,对电渣重熔结晶器的焊接工艺进行了探讨,推荐了适于单件小批量生产采用的既经济实用,效果又较好的几种工艺方法,供生产中参考选用。     

铸造合金CoCrMoW锻造工艺的研究

通过对CoCrMoW合金电渣锭在两种不同的保温制度下保温后进行两种不同的锻造变形方式开坯锻造,研究了CoCrMoW电渣锭锻造保温温度及锻造变形方式对可锻性的影响。试验研究结果表明:CoCrMoW合金电渣锭在1220℃保温1 h后采用整体锻造,锻件的表面质量与内部质量良好;1200℃保温2 h后,采用整体锻造,锻件的表面质量良好,但是内部有缺陷产生;CoCrMoW合金电渣锭在1220℃保温1 h后锻造变形,电渣锭采用分段锻造时表面出现开裂,采用整体锻造时表面质量与内部质量良好;经过开坯后的小规格坯料再继续开坯或锻成品时,分段锻造与整体锻造均可采用。该合金合理的锻造保温温度为1220~1240℃,电渣锭锻造变形方式必须采用整体锻造;小规格锻造方坯变形方式宜采用整体锻造,但也可采用分段锻造。     

Development of electroslag metallurgy and casting in China

The electroslag metallurgy has been developed since 1958. At present, all special steel plants have constructed electroslag metallurgical workshops. There are 86 Electroslag Remetting (ESR) furnaces in these steel plants with annual capacity of 100 000 tons. The products by ESR include 243 designations of steel and superalloy. The Chinese metallurgists have made significant achievements in the type and structure of electroslag remelting furnaces, eletroslag remelting technology, shaped castings by Electroslag Remelting Casting (ESRC), the manufacture of large-size ingots by ESR and the study of ESR mechanism. These achievements have already been recognized by foreign metallurgists.     

ZYP40R塑料模具钢电渣重熔工艺实践

介绍了ZYP40R模具钢的电渣重熔生产工艺。通过电极坯母材原始铝含量控制、电渣重熔时采用返回渣系、重熔过程脱氧剂分阶段加入、全程氩气保护等方式有效保证电渣钢中的铝含量,生产出符合要求的自耗电极及电渣锭。     

Phenomena at three-phase electroslag remelting

The electroslag remelting (ESR) process is widely used to produce high-quality ingots and billets for high-alloyed steels and alloys.Both the single-phase and three-phase alternating current diagram with bifilar and monofilar connection are in use for heavy ingot manufacturing.The numerical simulation of the three-phase bifilar circuit for the 120 t three-phase bifilar six-electrode ESR furnace at different variants of electric connection was presented and discussed.At the bifilar diagram of power supply,the geometrical location of electrodes in a mould holds critical importance for performances:the close location of bifilar pair electrodes provides the highest heat productivity,but the equidistant location of electrodes gives a much more uniform heat distribution.The monofilar mulit-electrode diagram of three-phase connection without phase shift shows the most uniform distribution of potential and heat generation as well as a favorable magnetic field that makes this kind the most promising for providing a high quality of heavy ingots.     

延长电渣重熔用结晶器使用寿命的措施

结晶器的使用寿命是影响电渣冶炼成本的重要指标。在保证重熔质量的前提下提高结晶器的使用寿命,倍受电渣冶金工作者的关注。通过分析结晶器变形的原因,制订了延长结晶器使用寿命的措施。     

高温镍基合金电渣重熔过程中的Al、Ti成分控制

电渣重熔过程中Al和Ti的氧化导致电渣锭轴向成分不均匀,从而对电渣锭的耐腐蚀性能和力学性能产生不利影响。为了控制电渣铸锭中Al和Ti含量的均匀性,需要明确高温电渣重熔过程中Al和Ti含量的变化,并通过优化渣体系比例和冶炼条件来减少合金中Al和Ti的氧化。在现有文献的基础上,以CaF₂-CaO-Al₂O₃-MgO-TiO₂这一低氟渣系和Incoloy825合金为例,综述了电渣重熔过程中Al和Ti元素控制的研究现状。应用离子与分子共存理论（IMCT）,结合FactSage软件,总结了渣的热力学和动力学研究方法。讨论了温度和渣成分对合金中平衡Al、Ti含量的影响。基于膜渗透理论,提出了预测合金中Al和Ti含量的动力学模型,得到了电渣过程中Al和Ti含量随时间变化的数学方程式以及渣-金属反应速率的限制方法。确定电渣重熔Incoloy825合金时TiO₂的最佳添加量约为10％。用IMCT和FactSage对渣-金平衡实验结果进行了比较和分析。FactSage计算结果比IMCT计算结果更准确。TiO₂含量越高,计算结果与实验结果之间的偏差越小。     

GH36合金大型涡轮盘锻件的制造

介绍了GH36合金大型涡轮盘锻件的生产工艺。生产结果表明,采用“电弧炉-电渣重熔”双联工艺,电渣重熔后的化学成分合格率达100%;再经过适当的锻造和热处理可以生产出合格的涡轮盘锻件产品。     

B30铜合金电渣重熔工艺实践

采用熔点比铜合金熔点低100～200℃的MgF2-CaF2渣系重熔B30铜合金,熔化速率(kg/h)控制在(1～1.3)×结晶器直径(mm),有利于改善电渣锭的表面质量,提高铜合金纯净度和电渣锭致密度,改善锻造性能。