液態(tài)電渣連鑄的數(shù)值模擬及工藝研究.pdf

1、電渣重熔產(chǎn)品具有純凈度高、組織致密、成分均勻、表面光潔等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得電渣冶金技術(shù)近年來快速發(fā)展。但是，傳統(tǒng)電渣重熔過程存在使用自耗電極、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。液態(tài)電渣連鑄技術(shù)突破了傳統(tǒng)電渣重熔的局限，它消除了傳統(tǒng)電渣重熔需要制造和準(zhǔn)備自耗電極的工序環(huán)節(jié)，具有電渣冶金和連鑄的特點(diǎn)，顯著提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。目前，國內(nèi)外液態(tài)電渣連鑄技術(shù)剛剛起步，生產(chǎn)數(shù)據(jù)較少，工藝不成熟。本課題設(shè)計(jì)了兩種液態(tài)電渣連鑄方案（ESCC LM

2、-Ⅰ和ESCC LM-Ⅱ），對這項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬和工藝研究。
　　根據(jù)液態(tài)電渣連鑄技術(shù)的工藝特點(diǎn)，本課題提出了液態(tài)電渣連鑄用渣系的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了高阻值渣系，并對所設(shè)計(jì)渣系的物性參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試和計(jì)算。渣系設(shè)計(jì)中使用MgO替代一部分CaO以降低渣系的吸水能力。
　　本研究以電場方程和對流傳熱方程為基礎(chǔ)，建立了液態(tài)電渣連鑄的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用ANSYS軟件對ESCC LM-Ⅰ和ESCC LM-Ⅱ的模型進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。

3、
　　ESCC LM-Ⅰ的模擬結(jié)果表明:渣池的周圍，尤其是靠近導(dǎo)電結(jié)晶器的渣池部分，電壓降、電流密度和產(chǎn)生的焦耳熱均較大，在絕緣位置附近達(dá)到了最大值;渣池溫度場呈現(xiàn)中間低，四周高的特點(diǎn);當(dāng)體系的有效電壓為45V，澆注溫度為1590℃時(shí)，渣池的最高溫度為1853℃，金屬熔池深度為484mm。
　　ESCC LM-Ⅱ的模擬結(jié)果表明:距離導(dǎo)電環(huán)越近，渣池的電壓降和電流密度、焦耳熱越大，導(dǎo)電環(huán)端部與渣池的接觸處達(dá)到最大值;導(dǎo)電環(huán)下方

4、及內(nèi)部的渣池形成了一個(gè)高溫區(qū);當(dāng)體系的有效電壓為30V，澆注溫度為1590℃時(shí)，渣池的最高溫度為2006℃，渣池深度為564mm。
　　兩種技術(shù)方案均使用液態(tài)金屬進(jìn)行澆注，通過渣-金反應(yīng)去氣、去夾雜完成精煉，通過渣池發(fā)熱提供熱量，連續(xù)抽錠。兩種方案的不同之處在于ESCC LM-Ⅰ金屬熔池比較淺，但對絕緣材料的要求高;ESCC LM-Ⅱ的電效率高，熔池深度大。
　　模擬和分析了不同工藝參數(shù)對ESCC LM-Ⅰ的影響，其合理工藝

5、參數(shù)范圍為:中包澆注溫度為1580～1600℃，有效電壓為40～50V，渣池深度為200～300mm，澆注速度為12～16mm·min-1。
　　液態(tài)電渣連鑄的工業(yè)實(shí)踐屬國際首創(chuàng)，其生產(chǎn)工藝需要不斷的研究和完善。目前，獲得的鋼錠表面質(zhì)量還不理想。低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果表明，鑄錠內(nèi)部一般疏松1.5級、中心疏松1.5級、無縮孔、無裂紋、無表面粗晶裂紋、邊緣等軸晶區(qū)深度范圍為24～33mm。低倍檢測結(jié)果表明，液態(tài)電渣連鑄鑄錠的質(zhì)量優(yōu)于普通連鑄