抽錠式電渣重熔爐結(jié)晶器優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)的電渣重熔工藝可用來生產(chǎn)表面質(zhì)量良好、組織致密、成分均勻的鋼錠，但是這種工藝主要用于生產(chǎn)直徑大于300 mm的鋼錠。生產(chǎn)尺寸較小的鋼錠時產(chǎn)量低，運(yùn)行成本很高。針對上述問題，在結(jié)合電渣重熔和連鑄技術(shù)優(yōu)點的基礎(chǔ)上，東北大學(xué)鋼鐵冶金研究所在國內(nèi)首次成功地開發(fā)了電渣連鑄(ESCC)技術(shù)，并為國內(nèi)某鋼廠設(shè)計了一臺抽錠式電渣重熔爐，與傳統(tǒng)電渣爐相比，該電渣爐的技術(shù)特點為:T型結(jié)晶器（固定）、底水箱移動抽錠、雙極串聯(lián)供電、交換電極、液渣啟動。

2、r>　　本文利用有限元商業(yè)軟件ANSYS對該鋼廠的抽錠式電渣重熔爐生產(chǎn)280 mm×325mm方坯的生產(chǎn)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析計算了渣池電位場、渣池溫度場和鑄坯凝固溫度場數(shù)值模擬所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及邊界條件，得到了渣池溫度場、渣池電位場以及鑄坯凝固溫度場的計算結(jié)果。并且利用ANSYS以求得的鑄坯凝固溫度場作為初始條件對鑄坯進(jìn)行間接應(yīng)力分析，得到了鑄坯凝固過程的收縮曲線。基于鑄坯的凝固收縮曲線，對T型結(jié)晶器錐度進(jìn)行了優(yōu)化。得到以下結(jié)論:

3、r>　　(1)抽錠式電渣重熔爐生產(chǎn)過程中渣池的溫度場分布和電場分布直接相關(guān)，在兩電極之間存在著較大的電位梯度，此區(qū)域電流密度最大，屬于強(qiáng)電流區(qū)。在渣池上表面與T型結(jié)晶器壁形成的角區(qū)以及上結(jié)晶器圓柱體拐角區(qū)域電位梯度最小，其電流密度最小。強(qiáng)電流區(qū)的存在使得兩電極之間產(chǎn)生了溫度梯度較大的高溫區(qū)，最高溫度在1746℃左右。
　　(2)雙極串聯(lián)抽錠式電渣爐的渣池溫度分布和單極電渣爐的溫度分布是不同的，單極電渣爐的高溫區(qū)域在電極下部，而雙極

4、串聯(lián)電渣爐的溫度最大區(qū)域在兩電極之間，這主要是由系統(tǒng)幾何形狀和電流回路的不同所造成的。
　　(3)利用ANSYS計算鑄坯凝固過程的溫度場，模擬得到的金屬熔池形狀和實測金屬熔池形狀吻合較好，驗證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　(4)利用ANSYS對鑄坯凝固過程的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了計算，求得了金屬鑄坯表面寬面中心線和窄面中心線的凝固收縮曲線，凝固收縮曲線明顯分為三段，在渣金界面至渣金界面以下40 mm區(qū)域內(nèi)，鑄坯凝固收縮較慢，在距渣金界面