电渣连铸技术的开发及工艺研究

论文摘要

电渣重熔产品由于具有纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁等一系列优点,电渣冶金技术近年来得到快速发展。但在传统电渣重熔过程中,重熔速度一般是依据熔化速度与重熔锭直径之比小于或略大于1的原则来控制的,而且又是间歇式生产,所以存在着生产效率低的缺点。当重熔直径小于300mm的钢锭时生产效率就更低,生产成本相当高。在现代冶金生产过程中,连铸技术以其独特的高效性获得迅猛发展。因此,本课题在结合电渣重熔和连铸两种技术优点的基础上,开发了“电渣连铸”技术,并对“电渣连铸”技术进行了工艺和质量控制的研究。本论文工作通过将双极串联、T型结晶器、钢水液位检测、连续拉坯等技术系统集成,开发了电渣连铸机。理论分析和实验结果表明,影响电渣连铸小方坯表面质量的因素主要有供电制度、渣系的物性参数、稳定的拉速、充填比和结晶器表面状况等,影响内部质量的主要因素有渣系、熔化速度和凝固速度等因素。针对电渣连铸的工艺特点,作者提出了电渣连铸用渣系的要求并对所设计渣系的物性参数进行了实验测量和计算。通过对渣池和金属熔池温度场的模拟计算,根据合理的金属熔池深度确定了供电制度、钢水液面位置和冷却制度等工艺参数。采用高速钢W9Mo3Cr4V、电压60V、电流3800A、渣系R2进行了的电渣连铸小方坯实验,并对W9Mo3Cr4V电渣连铸小方坯的高倍、低倍、夹杂物及碳化物进行了检验分析。结果为一般疏松、中心疏松、点状偏析均小于1.0级,无气泡、白点、夹渣等低倍缺陷。夹杂物分布比较均匀,而且尺寸非常小,直径一般为5～6μm。将方坯内部碳化物的尺寸和分布与同熔速下传统电渣钢进行了比较,发现其内部碳化物组织比传统电渣钢锭内部碳化物组织明显细化,在后续的加工中更容易被打碎。通过大量的实验结果比较发现,电渣连铸技术不但仍保持传统电渣重熔的质量特性,而且就W9Mo3Cr4V电渣连铸小方坯内部碳化物分布均匀度和尺寸而言,还优于电渣重熔钢锭。实验证明电渣连铸技术是可行的。文章最后介绍了该技术迈出了实验室,走向工业化的过程。通过现场生产出产品的低倍、夹杂物检测结果,证实了该技术已经成熟具备了大工业化的条件。电渣连铸技术是一种创新技术,将电渣重熔技术和连铸技术的优点融为一体,确实实现了“提高质量、提高效率、降低成本”的目的。电渣连铸技术填补了国内电渣冶金技术领域的一项空白。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 目前国内生产小断面电渣重熔钢锭时存在的问题
• 1.1.2 连铸技术的发展及其特点
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.3.1 基本工艺参数的确定
• 1.3.2 渣系
• 1.3.3 建立渣池、金属熔池内部温度场模型
• 1.3.4 质量控制研究
• 1.3.5 推广应用
• 第2章 文献综述
• 2.1 电渣重熔技术及其发展
• 2.1.1 电渣重熔技术特点
• 2.1.2 电渣重熔技术的发展及其现状
• 2.1.3 几种前沿电渣技术
• 2.2 电渣重熔炉的主要类型
• 2.2.1 按供电方式分类
• 2.2.2 按结晶器和炉子是否移动分类
• 2.3 电渣连铸技术的发展状况
• 2.3.1 国外电渣连铸技术的发展状况
• 2.3.2 国内电渣连铸技术的发展状况
• 2.4 电渣重熔用渣系的研究现状
• 2.4.1 渣系的分类
• 2.4.2 渣系在电渣重溶过程中的冶金作用
• 2.4.3 电渣冶金过程有关现象与渣系物理化学性质的关系
• 2.4.4 无氟渣的开发与应用
• 2.5 影响连铸小方坯表面质量的因素和措施
• 2.5.1 小方坯表面缺陷的成因分析
• 2.5.2 形状缺陷产生的原因及防止措施
• 2.6 本章小结
• 第3章 电渣连铸技术的开发及理论研究
• 3.1 电渣连铸技术的原理分析
• 3.2 电渣连铸机关键设备的设计开发
• 3.2.1 结晶器的设计
• 3.2.2 钢水液位检测系统的设计
• 3.3 电渣连铸小方坯表面质量的研究
• 3.3.1 供电制度的影响
• 3.3.2 渣系对铸坯表面质量的影响
• 3.3.3 电极直径（充填比）对铸坯质量的影响
• 3.3.4 拉速控制方式的影响
• 3.3.5 结晶器的状况
• 3.4 电渣连铸小方坯内部质量的研究
• 3.4.1 控制电渣连铸坯结晶质量的理论基础
• 3.4.2 电参数对钢锭质量的影响
• 3.5 电渣连铸用渣系的研究
• 3.5.1 电渣连铸（ESCC）用渣系开发原则
• 3.5.2 设计和研究的渣系
• 3.5.3 渣系物性测试、计算及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于ANSYS软件的渣池发热过程及铸坯凝固过程的数值模拟
• 4.1 数学模型
• 4.1.1 基本假设和控制方程
• 4.2 模型边界条件
• 4.2.1 电位分布的边界条件
• 4.2.2 温度场边界条件
• 4.2.3 熔滴的传热计算
• 4.2.4 渣池的对流传热
• v）的处理'>4.2.5 凝固潜热（内热源项q_v）的处理
• 4.3 ANSYS对模型的处理
• 4.3.1 前处理模块PREP7
• 4.3.2 求解模块SOLUTION
• 4.3.3 后处理模块POST1
• 4.4 模型的计算结果验证和分析
• 4.4.1 渣池电场和温度场
• 4.4.2 模拟熔池形状与实测熔池形状的比较
• 4.4.3 模拟不同二次电流下的熔池深度
• 4.5 本章小结
• 第5章 电渣连铸实验
• 5.1 本实验的主要内容
• 5.2 电渣连铸实验
• 5.2.1 实验条件
• 5.2.2 实验步骤
• 5.3 电渣连铸实验结果讨论及分析
• 5.3.1 表面质量
• 5.3.2 铸坯内部夹杂物分析比较
• 5.3.3 低倍分析
• 5.3.4 电渣连铸W9Mo3Cr4V小方坯显微组织
• 5.4 电渣连铸小方坯与自耗电极及传统电渣重熔钢锭的组织比较
• 5.4.1 电渣连铸小方坯与自耗电极的铸态组织比较
• 5.4.2 电渣连铸小方坯同传统电渣重熔钢的铸态锭组织比较
• 5.5 电渣连铸小方坯锻后同某厂圆坯料内部组织的比较
• 5.5.1 电渣连铸小方坯锻后碳化物比较研究
• 5.5.2 电渣连铸小方坯锻后与某厂Φ40mm产品碳化物比较
• 5.6 本章小结
• 第6章 电渣连铸技术的工业应用
• 6.1 连铸式电渣炉的开发
• 6.2 连铸式电渣炉的热试生产
• 6.3 电渣连铸产品的检验
• 6.3.1 电渣连铸铸坯的表面质量
• 6.3.2 电渣连铸铸坯的内部质量检验
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 作者简介
• 本论文包含图、表、公式及文献