电渣重熔结晶器旋转对M2高速钢凝固过程的影响

研究了自行设计的结晶器可旋转的电渣炉的旋转速率对M2高速钢凝固过程的影响,采用双极串联?电渣重熔方法,对不同结晶器转速下所制M2高速钢的二次枝晶、冷却速率、渗透率和渣皮厚度进行统计、计算和分析。结果表明,随结晶器转速增大,M2高速钢中心和边部的枝晶被打碎,结晶器转速越快,枝晶破碎越明显。结晶器转速由0增至19 r/min,M2高速钢在中心和边部的平均二次枝晶间距分别减小19.47%和25.23%,平均冷却速率分别增大97.01%和148.06%,平均渗透率分别降低34.94%和44.04%。结晶器旋转能将渣皮厚度降低40.41%,渣壳厚度的方差由0.163降至0.003,渣皮变得均匀,增大了金属熔池向外传热,使金属熔池变浅;另一方面,M2高速钢枝晶破碎、平均二次枝晶间距减小和渗透率降低使M2高速钢在凝固过程中的偏析得到控制,因而结晶器旋转可提高M2高速钢的凝固质量。     

结晶器旋转对电渣重熔钢锭中元素分布的影响

采用自行设计的结晶器可旋转电渣炉,研究了旋转速率对电渣重熔钢锭中元素偏析度的影响. 结果表明,当结晶器旋转速率为0~28 r/min时,随其增加,元素的分布更均匀,C偏析度从0.26降至0.0545, Si偏析度从0.26降至0.06, Mn偏析度从0.17降至0.03, Cr偏析度从0.275降至0.066,原因是结晶器运动带动渣池运动,使渣池温度趋于均匀化,同时渣池运动也带动金属液滴在渣池中运动,使小液滴随机滴落于金属熔池中,而不是集中于金属熔池中心部位,因而促进熔池温度均匀分布,有利于形成浅平状熔池;但旋转速率过高对电渣重熔钢锭的凝固质量有害,当旋转速率从28 r/min增至35 r/min时,C偏析度从0.0545增至0.097, Si偏析度从0.06增至0.08, Mn偏析度从0.03增至0.076, Cr偏析度从0.066增至0.16,原因是渣池剧烈运动带动金属熔池运动,流动的液态金属冲洗两相区,将其中树枝晶周围的浓化溶质带走,使该区域溶质含量降低,导致元素偏析.     

超声波功率对电渣钢锭中氧化铝夹杂物分布的影响

采用自行设计的带超声波振动的电渣炉,研究了超声波功率对轴承钢中氧化铝夹杂物分布及去除的影响. 结果表明,电渣重熔过程中超声波功率从0增至400和700 W,钢锭中的夹杂物最大尺寸分别是40, 36和14 mm,功率增至1000 W时,夹杂物最大尺寸增至36 mm. 电渣重熔过程中无超声波时,钢锭中夹杂物在试样边部与中心部位聚集,边部聚集尤为严重. 超声波功率增加,夹杂物聚集逐渐减弱直至均匀分布. 超声波去除夹杂物主要是其空化和声流效应改善了渣-金间反应的动力学条件,使夹杂物均匀分布于钢锭中. 但超声波功率过高会降低渣-金间的反应速率,引起金属熔池扰动,降低电渣精炼能力.     

电渣重熔过程增镁及其对夹杂物的影响

通过设计含镁渣系,并在电渣重熔过程添加脱氧剂,氩气保护气氛下进行电渣重熔实验,研究了电渣重熔过程增镁的可能性。用电感耦合等离子体原子发射光谱分析了钢中的镁含量,用ASPEX扫描电镜分析了电渣锭中镁含量对夹杂物尺寸、类型、形貌等的影响。结果表明,渣中含20wt% MgO以上时,即使自耗电极中不含镁,也能使渣中MgO向钢液中传递镁。实验室条件下,分别用55wt% CaF2–15wt% Al2O3–10wt% CaO–20wt% MgO, 65wt% CaF2–10wt% Al2O3–25wt% MgO, 51wt% CaF2–8wt% Al2O3–8wt% CaO–23wt% MgO–10wt% MgF2渣系重熔时,电渣锭中镁含量分别为0.0034wt%, 0.0039wt%, 0.0043wt%。随电渣锭中镁含量增加,夹杂物组成逐渐从以Al–Ca, Al–Mn–S, Al–Mg–Mn–S为主,转变为以含镁夹杂物为主,镁含量最高达98wt%;夹杂物数量大幅减少,直径明显减小,最大直径均小于10 μm,大多数小于5 μm。与含镁0.0003wt%的电渣锭相比,镁含量增至0.0034wt%时,夹杂物从357个降至31个,最大夹杂物直径由11.0 μm降至8.5 μm,平均直径由3.7 μm降至3.2 μm。     

外加磁场对电渣锭洁净度的影响研究

为进一步去除电渣锭中的大颗粒夹杂物,设计了带电磁搅拌的电渣重熔炉,研究了外加磁场及不同的电参数变化对电渣锭洁净度的影响,采用氧氮分析仪分析了气体含量的变化,采用扫描电镜分析了夹杂物形貌、组成、尺寸的变化。结果表明,不论是否施加磁场,电渣重熔后电渣锭中的氧含量明显增加,从自耗电极中的0.0007%增加最高至0.0052%,增幅高达7倍;氮含量略微下降。但夹杂物类型基本不变,主要由氧化铝、硫化锰、硫化锰?氧化物复合夹杂及氧化物等组成,且以氧化铝为主。外加磁场重熔以后,电极中最大夹杂物的直径从89.6 μm降为电渣锭中的12.1 μm (1.1 kA/108 Gs),小颗粒夹杂物所占的比例增加,大颗粒夹杂物的数量减少。但过高的电磁力会降低夹杂物的去除效果,当采用1.5 kA/108 Gs的工艺参数重熔时,最大的夹杂物尺寸为30.6 μm,超过了未施加磁场的电渣锭中的夹杂物。电渣重熔后氧含量增加主要受空气污染及渣系中不稳定氧化物的分解,而外加磁场后产生的电磁力增大了渣?金接触面积,从而吸收了电极中的大颗粒夹杂物。     

15-7PH不锈钢电渣重熔过程夹杂物的行为

为了明晰15-7PH沉淀硬化不锈钢中夹杂物的行为,进一步提高其洁净度,采用超高功率电弧炉初炼→AOD (Argon Oxygen Decarburization)脱碳→LF (Ladle Furnace)精炼→模铸工艺制备了自耗电极,并用带压摆控制的气体保护电渣重熔炉进行重熔。采用HORIBA氧氮氢气体分析仪检测了电渣重熔前后氧、氮等含量的变化;ASPEX扫描电镜分析了夹杂物的尺寸、数目、化学成分、形貌等。结果表明,电渣重熔后15-7PH不锈钢中氧、氮含量有轻微的下降,但夹杂物的组成变化不大,主要由氮化物夹杂物(氮化铝+氮化钛)、氮化物-氧化物复合夹杂物、氧化物夹杂物、硫化物-氧/氮化物夹杂物组成,其中氮化物夹杂物尺寸最大、数量最多,明显高于其他夹杂物。电渣重熔对夹杂物的数量、尺寸有明显影响。重熔后夹杂数量大幅增加,氮化物尤为明显,但大颗粒夹杂物明显减少。氮化物夹杂物大量存在的主要原因在于钢中存在较高的Al, Ti, N等元素,而电渣过程由于熔渣吸附、部分夹杂物溶解,使大颗粒夹杂物减少,重熔过程的快速冷却抑制了夹杂物长大,最终结果是夹杂物尺寸更细小,但数量增加。     

板坯连铸结晶器内夹杂物运动行为的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸结晶器的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用Fluent软件对结晶器内钢液流动行为和夹杂物运动行为进行了模拟,分析了不同颗粒直径,不同颗粒密度,不同颗粒数量及不同加入位置对夹杂物上浮的影响.研究结果表明,夹杂物的轨迹与钢液的流线图相似;夹杂物颗粒数量对去除率影响不大;夹杂物密度为3500kg/m3、直径为400μm时可以完全去除;密度较小且靠近浸入式水口壁面的夹杂物易被除去.     

电渣重熔工艺对4J43合金性能的影响

采用2G-200L型金相显微镜观察分析了4J43合金电渣锭表面质量及横、纵截面宏观结晶组织,分析对比了电渣重熔前后化学成分、气体含量和夹杂物分布的差异。结果表明,4J43合金经电渣重熔后,化学成分较均匀,气体含量下降且稳定,表面质量良好,宏观结晶组织致密、均匀,夹杂物去除明显,产品品质明显提升,满足典型4J43合金的性能要求。     

低碳和超低碳钢用结晶器保护渣的开发

结晶器保护渣对稳定连铸和改善铸坯质量都非常重要。通过应用新开发的高粘度结晶器保护渣,大幅度减少了汽车钢板用低碳和超低碳钢薄卷板的夹杂物性缺陷和气泡性缺陷,提高了卷板质量。     

电渣重熔过程中熔滴形成与滴落过程的数值模拟

利用计算流体力学FLUENT软件中的磁流体动力学模块,建立了描述电渣重熔过程的多场耦合三维数学模型,对电渣重熔过程进行数值模拟,计算值与实验结果吻合较好,证明计算方法的可靠性. 模拟结果表明,随熔滴滴落过程进行,渣池的等效电阻逐渐减小,渣池内电流重新分配,直接影响电渣炉的电耗和生产率;电流密度、电磁力和速度的最大值都出现在大熔滴即将发生分离时,与电极开始熔化时相比,电流密度最大值增大近1个数量级,电磁力和速度场最大值分别增大2.5和4.7倍;而焦耳热和温度最大值出现在熔滴落入渣金界面时,分别增大174.7%和26.8%.     

控制电渣炉结晶器结垢的化学处理法

宝钢股份特殊钢分公司特冶厂电渣炉由于水处理工艺比较特殊,所以循环水往往在高温区,即结晶器上产生结垢。介绍了一种控制电渣炉结晶器结垢的化学处理方法,能有效延缓结晶器的结垢速度,确保了产品质量。     

无氟结晶器保护渣结晶矿相研究

实验室自制无氟渣,其熔化温度为1034℃,结晶温度为950℃,满足裂纹敏感性弱的钢种高速连铸的要求,并利用AX IOPLAN万能显微镜和PH ILPS PW 1700型X射线衍射仪对该无氟实验渣的结晶矿相进行了研究分析,结果表明,结晶矿相为黄长石,实际上是铝黄长石(Ca2A 2lS iO7)、镁黄长石(Ca2M gS i2O7)和钠黄长石(N aCaA lS i2O7)的固溶体,其中以镁黄长石为主,通过调整渣膜中黄长石的析晶率,同样可控制结晶器与坯壳间的传热,从而解决无氟渣冷凝过程中因不能析出枪晶石而无法控制传热的问题。     

小型胀口模具设计

根据生产的需要，以及管材口径小，模具运动空间小的特点，设计了八个胀块结构的φ50-90PVC胀口模具。重点介绍了模具结构和工作过程度重要零件的设计。     

旋风分离器内旋转流偏心旋转对速度计算的影响

采用Fluent软件对旋风分离器内流场进行了数值模拟,结果表明其旋转流存在着偏心旋转现象,即旋转流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合。用CFD计算旋风分离器内强旋流的三维速度是基于旋风分离器的几何中心给定的,而进行气固分离计算用的三维速度是基于旋转中心的,二者之间存在着一定的差别,尤其是径向速度分布上有很大的不同。这就需要对基于几何中心的旋风分离器内旋转流的三维速度值进行修正,将参考几何中心计算的流场变换为参考旋转中心的流场。在旋风分离器流场数值模拟的基础上,分析了基准不同所产生的三维速度分量之间变化,给出了将参考几何中心计算的流场换算到参考旋转中心的流场的方法。