真空感应熔炼FGH95母合金中的非金属夹杂物研究

应用大样电解和相分析的方法,对真空感应熔炼FGH95母合金中的非金属夹杂物,尤其是危害较大的大尺寸非金属夹杂物进行了定性和定量分析.结果表明,电解的2.042kg试样中直径大于50μm的大颗粒非金属夹杂物总量为0.9mg,其中最大夹杂物的颗粒直径达到了600μm;这些大颗粒夹杂都是单一或复合氧化物类夹杂物,大部分是外来夹杂物,也有部分新生夹杂物.氧化物相分析结果表明,这些夹杂物主要是Al、Si的氧化物.棒料上部、中部、下部的氧化物相总量呈逐渐增加的趋势.分析指出,只有最大限度地去除外来夹杂物、避免耐火材料的污染、控制氧含量和凝固速度并减少偏析,才能确保完全去除大颗粒夹杂物,有效提高合金的纯净度.     

高温合金真空感应电极凝固过程数值模拟研究

通过数值模拟,对使用保温冒口和未使用保温冒口时,不同浇注速度下?430 mm规格GH4169高温合金真空感应电极凝固过程进行了研究,结果表明：感应电极凝固顺序为首先径向凝固然后纵向凝固,浇注速度越大越易在电极中部形成孤立未凝固的中心圆柱区域,浇注速度越小越易形成从底部向顶部的顺序凝固而不形成孤立隔断区域。保温冒口可以提高电极中缩孔位置使其集中于电极头部的保温冒口处,有效减小高温合金感应电极的缩孔尺寸,而且能有效增加电极头部的凝固时间,促进气体和夹杂物上浮于电极头部的保温冒口处,头部切除后增加电极纯净度和致密性。     

涡轮盘用GH4169合金真空感应熔炼脱硫工艺研究

通过对真空感应熔炼脱硫工艺的研究,采用CaO粉末前期脱硫,J—Ca后期脱硫的联合脱硫工艺。使涡轮盘用GH4169合金S含量降到0．0018％的较低水平,能满足S含量≤0．002％的要求,生产出合格的涡轮盘用GH4169合金。     

高合金不锈轴承钢真空自耗熔炼数值模拟优化

为得到成分更均匀、更洁净的高合金不锈轴承钢产品,借助数值模拟的方法对某厂高合金不锈轴承钢真空自耗熔炼工艺展开优化研究。利用仿真软件MeltFlow-VAR从熔炼速率、熔池温度、冷却水温度对夹杂物粒子的分布影响等方面对真空自耗熔炼过程进行数值计算。结果表明,随着熔炼速率的升高,最大熔池深度增加,熔炼速率应大于3.0 kg/min为宜,结合枝晶间距和晶粒结构等结果考虑,得出最佳熔炼速率为3.5 kg/min;随着熔池温度的增加,最大熔池深度先增加后减小,当熔池温度为1 600℃时,熔池深度达到最大,熔池弧度曲线呈现饱满的碗形。通过数值计算预测了不同冷却水温度下铸锭内部夹杂物粒子的分布规律,工业试验验证了数值计算结果的准确性,得出最佳冷却水温度为25℃。研究结果对高合金不锈轴承钢生产具有一定指导意义。     

镍基高温合金真空感应熔炼碳氧反应数值模拟

为了探究镍基高温合金真空感应熔炼(VIM)过程中碳氧反应动力学规律,基于电磁场-流场-溶质场多物理场耦合技术,建立了考虑电磁搅拌和坩埚分解作用的真空感应熔炼脱氧动力学模型,研究了电流强度、压强以及精炼温度对镍基高温合金熔体脱氧反应的影响。结果表明,模拟得到的熔池氧含量随时间的变化规律与试验结果吻合较好;电磁搅拌加速了熔池中氧的传质速率,对熔池中氧的分布有显著影响;增大电流强度、降低压力或降低精炼温度均能有效促进熔池脱氧反应的进行。当电流强度从55 A增加到75 A时,熔池氧平均质量分数从0.001 373%下降到0.001 298%。当压强从1.5 Pa降低到0.5 Pa时,熔池氧平均质量分数从0.001 960%下降到0.001 338%。当精炼温度从1 873 K降低到1 773 K时,熔池氧平均质量分数从0.001 855%下降到0.001 339%。所得结果将为改进镍基高温合金的VIM精炼过程提供有效依据。     

返回料添加比例对高温合金夹杂物析出行为的影响

为实现高返回比高温合金洁净化冶炼,研究不同返回料添加比例对高温合金冶炼过程夹杂物演变规律的影响,并结合热力学计算讨论夹杂物析出行为和生成机理。结果表明,返回料添加对高温合金夹杂物种类无明显影响,但对夹杂物数量和尺寸分布影响较大。随返回料比例从0%增加至60%,夹杂物数量密度由19.30个/mm²增加至30.74个/mm²,其中以氧化物为核心的碳氮化物复合夹杂由4.47个/mm²增加至10.11个/mm²,大尺寸(粒径大于5μm)夹杂物所占比例由8.7%增加到13.9%。热力学计算结果表明,MgO·Al₂O₃夹杂物的理论形核半径随熔体中氧活度的增加而减小,且该夹杂物与TiN夹杂物的晶格错配度较低。添加返回料相比全新料会引入更多的杂质元素,导致MgO·Al₂O₃夹杂物形核率显著上升,并促进了TiN、Ti(C,N)夹杂物的非均匀形核。形核动力学计算结果表明,返回料添加比例增大,体系中氮的浓度增大,TiN夹杂物更早析出,...     

镍基高温合金真空感应熔炼脱氧

研究了使用CaO坩埚真空感应熔炼Ni-6Cr-2MO-6W-5Co合金时C与Al的脱氧作用.从热力学上计算了Al-O反应的平衡值,计算结果表明,Al-O反应在1773 K能使氧的质量分数降至6×10-6以下.计算了Ni-Al-C-O平衡,结果表明,C与Al2O3的反应在真空感应熔炼条件下可以进行,从而导致合金液精炼期C含量下降值大于脱氧所需值.     

真空感应熔炼的脱硫方法

一般来说,硫是钢中有害杂质,硫化物夹杂会严重影响钢的性能,如增加热加工脆性倾向、降低钢的各向同性、增加钢板层状撕裂倾向、降低抗硫化氢侵蚀等等。以往真空感应熔炼难以有效地去除硫,常采用低硫原料来控制钢中硫含量。     

FTSC薄板坯连铸中间包内流场及夹杂物运动轨迹的数值模拟

以FTSC双效冲击板加单坝结构的中间包为研究对象,应用FLUENT软件计算了中间包的三维流场、温度场、夹杂物运动轨迹及不同尺寸夹杂物的排除率.结果表明,FTSC中间包内的双效冲击板和单坝能够明显改善钢液的流动状态和温度分布,显著提高夹杂物的排除率,并且对小尺寸夹杂物(d<60μm)排除率的影响尤为显著.     

应用格子Boltzmann方法直接数值模拟研究钢中夹杂物上浮及碰撞行为

采用格子Boltzmann方法对钢液中夹杂物上浮及上浮过程中的碰撞行为进行直接数值模拟研究.结果表明,不同尺寸夹杂物颗粒上浮速度的模拟结果和理论值基本一致,表明本文所采用的数值算法能够精确有效地对钢液中固相夹杂物颗粒运动行为进行研究.当钢液中直径为80μm的夹杂物颗粒位于直径为40μm的下方并一起上浮时,直径为80μm的夹杂物颗粒会逐渐追赶上直径为40μm的夹杂物颗粒并发生碰撞形成大尺寸凝聚体,凝聚体的上浮速度显著大于二者单独上浮时的上浮速度.对于直径为40μm的夹杂物来说,形成凝聚体后的上浮速度比单独上浮时的上浮速度增加300%.实际炼钢过程中,采取必要的措施增加夹杂物颗粒之间上浮过程中的碰撞凝聚,对于提高夹杂物颗粒的上浮速度,尤其是小尺寸夹杂上浮去除速度,提高钢液的洁净度具有重要的意义.     

中间包感应加热的数值模拟

为了研究通道式感应加热中间包的加热效率和流场的分布情况,对通道式感应加热中间包进行电磁场、流场、温度场耦合计算分析,在此基础上提出了1种新的弧形通道设计方式。计算得出:直线型通道式感应加热中间包在加热功率1 000kW的情况下,升温速率可达2℃/min;而弧形通道的设计加热效率更高,平均升温幅度比直线型通道高2~5℃,且死区面积减小,浇铸区温度分布更加均匀。     

真空感应炉熔化期工艺优化控制

采用神经网络进行真空感应炉熔化期工艺过程的建模,利用实际工业生产数据进行仿真,并对某一钢种的熔炼工艺操作,采用遗传算法对熔化期电能的输入与合理分配进行了寻优,仿真结果表明该方法的有效性和优越性。     

真空感应炉内流槽控流装置优化模拟

通过数值模拟和物理模拟相结合的方式对真空感应炉内流槽进行研究,在厂内原型控流装置上改变挡墙挡坝的位置以及数量,比较不同控流装置条件下流槽内部流体流动状态和夹杂物去除效果。结果表明,原型控流装置下流槽死区比例较大,达到了14.12%,RTD曲线峰值浓度较高,边部区域流迹线稀疏,流体流动状态较差,导致夹杂物去除率较低;在原型方案上增加1组挡墙挡坝,死区比例较原型方案降低了6.71%,平均停留时间增加了4.9 s,夹杂物去除率增加。这是由于增加了挡墙挡坝后流体能够通过挡坝到达流槽边部区域,有效降低边部死区体积,提高了夹杂物上浮概率。     

真空感应炉冶炼高氮钢的影响因素

通过工艺试验研究,分析探讨了真空感应炉在冶炼高氮钢过程中炉内压力、温度、化学成分、氮化物加入时间等因素对钢中氮含量的影响,在此基础上给出了真空感应炉冶炼高氮钢氮含量的经验公式,结果表明用真空感应炉冶炼高氮钢时,钢的化学成分和加入的氮化物对氮含量有较大影响.     

真空自耗熔炼过程宏观偏析的数值模拟

基于国内某特钢厂真空自耗生产过程,利用ProCAST软件建立三维熔炼模型,研究了不同电流强度和熔速对铸锭熔池形状和宏观偏析的影响规律.铸锭侧面表层基本不发生宏观偏析,铸锭1/4处偏析度约为1.03的正偏析,铸锭中心处由于枝晶沉降形成偏析度为0.96的负偏析.电流强度从4kA增加至8kA,熔滴滴落温度增加,熔池深度加深,...     

Numerical simulation during vacuum sublimation purification of metal Tm （I）： model foundation and validation

The thermo physical parameters of Tm vapor and the range of sublimation temperature were determined by vapor pressure of metal Tm, and a 2-D axis-symmetric heat transfer model was developed to investigate the temperature distribution in sublimation furnace. The simulation results showed that, due to the heat loss at crucible bottom, the temperature of crucible, solid metal and Tm vapor increased with crucible height increasing, reached the maximum value in the middle of crucible in height direction, and then decreased rapidly; at the outside surface of condenser, the temperature decreased sharply; with heating body temperature of 1000oC, the mean temperature at upper surface of solid Tm was 22oC higher than that on the lower surface, the mean temperature of upper surface of solid Tm was about 32oC lower than that of heating body, and the calculated sublimation velocity was 8.16g/cm2/h, which was only 54.4% of sublimation velocity calculation by heating body temperature.     

加热功率对感应加热中间包影响的数值模拟

通道式感应加热是实现中间包低过热度浇铸有效方法之一,针对国内某钢厂单流通道式感应加热中间包,建立三维非稳态数学模型,研究通道加热功率对中间包内流场、温度场及夹杂物去除的影响规律。结果表明, 当中间包未受感应加热或加热功率超过800 kW时,钢水流动特性均较差;当通道加热功率为300、600或700 kW时,钢液流动特性良好。当中间包无感应加热时,浇铸区出现明显的温度分层现象;当加热功率为500~700 kW时,浇铸区温度分布均匀且基本消除了其右上方及右下方区域的温度分层。当加热功率在400~700 kW时,夹杂物去除率呈上升趋势;但当加热功率超过700 kW后,夹杂物去除效果变差,700 kW为最佳去夹杂加热功率。     

真空感应熔炼AerMet100超高强度钢脱氮实验研究

摘要：通过取样检测并结合热力学和动力学计算研究了氧化镁质（MgO）、镁铝尖晶石质（MgO·Al2O3）和氧化钙质（CaO）3种坩埚和2种真空压力（50~100Pa和5~10Pa）对AerMet100超高强度钢脱氮的影响。实验结果表明：随着精炼时间增加,3种坩埚在2种真空压力下的钢液中N质量分数都逐渐减少。相比之下,CaO坩埚脱氮效果最佳,2种真空压力下30min时N质量分数均减少到0.0005%。动力学计算结果表明：MgO和MgO·Al2O3坩埚在2种真空压力下的钢液中O和S活度较高,脱氮反应均服从2级,即钢液脱氮受界面化学反应控制;而CaO坩埚在2种真空压力下的钢液中O和S活度较低,脱氮反应均服从1~5级,即钢液脱氮由液相边界层传质和界面化学反应共同控制。此外,减小真空压力,脱氮速率加快,有利于钢液脱氮。     

真空感应熔炼低气体含量32CrMnSi2Ni6MoV的工艺研究

通过试验研究,确定了真空感应熔炼低气体含量的32CrMnSi2Ni6MoV高强钢的最佳工艺,包括专用原材料的选择,熔化速率精炼温度和时间的控制等。采用确定的工艺,使钢中氮质量分数小于15×10^-6,氧质量分数小于5×10^-6,为材料性能达到Rm≥1800MPa、Aku≥70J提供了保证。     

连铸结晶器水口不同浸入深度的数值模拟

通过ANSYS Fluent软件对结晶器浇铸1200mm×244mm断面铸坯在不同浸入深度下流场、温度场进行数值模拟计算。结果表明,针对结晶器1200mm×244mm断面下,当浸入深度为110mm时,自由液面的最大速度为0.166m/s,波高为2.4mm;当浸入深度增加至130mm后,自由液面速度有所降低,为0.127m/s,但当浸入深度在130～170mm变化时,自由液面速度波动不明显。液面波动随着浸入深度的增加而略有降低,浸入深度分别为130、150、170mm时,液面波高分别为1.98、1.89、1.49mm,整体变化不大。不同浸入深度在结晶器内上旋流钢液大部分温度为1516～1518℃,下旋流钢液温度基本为1514～1516℃,比较均匀,影响不大。