【技术实现步骤摘要】
一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法
本专利技术涉及冶金熔炼
，尤其涉及一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法。
技术介绍
电渣重熔(ElectroslagRemelting，简称ESR)是一种具精炼和定向凝固于一体的特殊冶炼方法，能够大幅度改善原始重熔电极材料的性能。电渣重熔过程，电流通过自耗电极流入熔渣，然后进入液态金属熔池和凝固铸锭，最后从铸锭底部流出。由于在整个供电回路中熔渣电导率远大于自耗电极、铸锭和外部短网，渣池将占据变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生大量的焦耳热，为电渣重熔提供热量。当自耗电极端部在渣池的加热作用下达到熔化温度时，自耗电极将开始熔化，并在表面张力的作用下逐渐聚集在自耗电极端部。随后在重力、电磁力以及热浮力等综合作用下，熔化金属将从自耗电极端部脱落，并以金属液滴或金属流的形式(这取决于电渣重熔速度)穿越渣池，最终汇聚于金属熔池，并在铜质水冷结晶器的冷却作用下由下到上逐渐凝固，形成自下而上的定向凝固组织。为此，电渣重熔作为一种具金属熔化、精炼和凝固成型于一体的特种熔炼技术，能够有效地去除有害杂质元素和非金属夹杂物、提高金...
【技术保护点】
1.一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、收集电渣重熔的设备参数与工艺参数；步骤2、根据电渣重熔钢种成分，采用溶质微观偏析模型，获得钢种热物性参数数据；步骤3、建立电渣重溶过程的宏微观多尺度数学模型；步骤3.1、建立电渣重溶过程的宏观凝固传热模型；步骤3.2、建立电渣重溶过程的晶粒形核模型；步骤3.3、建立电渣重溶过程的凝固组织生长模型；步骤4、将电渣重熔过程工艺参数和钢热物性参数数据作为电渣重溶过程的宏微观多尺度数学模型的输入值，预测不同电渣重熔过程工艺条件下铸锭凝固组织的形貌。
【技术特征摘要】
1.一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、收集电渣重熔的设备参数与工艺参数；步骤2、根据电渣重熔钢种成分，采用溶质微观偏析模型，获得钢种热物性参数数据；步骤3、建立电渣重溶过程的宏微观多尺度数学模型；步骤3.1、建立电渣重溶过程的宏观凝固传热模型；步骤3.2、建立电渣重溶过程的晶粒形核模型；步骤3.3、建立电渣重溶过程的凝固组织生长模型；步骤4、将电渣重熔过程工艺参数和钢热物性参数数据作为电渣重溶过程的宏微观多尺度数学模型的输入值，预测不同电渣重熔过程工艺条件下铸锭凝固组织的形貌。2.根据权利要求1所述的一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法，其特征在于：步骤1所述设备参数包括：熔渣直径、熔渣高度、电极直径、电极长度以及铸锭直径和长度；工艺参数包括：钢种成分、熔化速度、冷却水流量。3.根据权利要求1所述的一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：所述钢种热物性参数包括钢液相线温度Tl和凝固过程中δ/γ相转变开始温度TAr4、钢密度、钢的热焓、钢凝固过程的热膨胀系数以及钢的导热系数；根据Fick第二定律，微观溶质扩散控制方程如下公式所示：其中，Cs，i分别为溶质元素i在固相s中的溶质浓度，Ds，i(T)为溶质元素i在固相s中的扩散系数，t为时间，x为x轴方向的坐标；微观溶质扩散控制方程的初始条件为：当t＝0时，其中，为溶质元素i在固液相界面的平衡分配系数，为溶质元素i在钢液中的初始浓度；边界条件为：当x＝0，λ/2时，其中，λ为二次枝晶臂间距；所述二次枝晶臂间距λ采用如下所示的经验表达式进行计算：其中，CR为冷却速率，wC为溶质中元素碳的质量百分含量；所述钢液相线温度Tl和凝固过程中δ/γ相转变开始温度TAr4分别采用如下公式进行计算：其中，Cδl，i为元素i在δ/l相界面处液相中的浓度，mi和ni分别为伪二元Fe-i相图中液相线和Ar4线斜率，为溶质元素i在δ/l相界面的平衡分配系数；所述钢密度满足如下关系式：ρ＝ργfγ+ρδfδ+ρlfl(7)其中，ρ为钢的密度；ργ、ρδ和ρl分别为钢在γ-奥氏体相、δ-铁素体相和液相的密度，fγ，fδ和fl分别为钢中γ-奥氏体相、δ-铁素体相和液相所占分率；所述钢中γ-奥氏体相、δ-铁素体相和液相的密度的计算分别如下三个公式所示：其中，T为计算区域内任意点的温度，为γ相中碳元素的浓度，为δ相中碳元素的浓度，wC为液相中碳含量；所述钢凝固过程的热膨胀系数如下公式所示：其中，α为线性膨胀系数，Tref为参考温度；所述钢的热焓满足如下关系式：H＝Hγfγ+Hδfδ+Hlfl(10)其中，H为钢的热焓；Hγ、Hδ和Hl分别为钢在γ-奥氏体相、δ-铁素体相和液相的热焓；所述钢的导热系数满足如下关系式：k＝kδfδ+kγfγ+klfl其中，k为钢的导热系数；kγ、kδ和kl分别为钢在γ-奥氏体相、δ-铁素体相和液相的导热系数；4.根据权利要求3所述的一种电渣重熔铸锭凝固微观组织的预测方法，其特征在于：所述步骤3.1的具体方法为：电渣重熔过程宏观传热现象非常复杂，建立简化且能够反应电渣重熔过程的宏观传热模型需作如下假设：(1)只考虑铸锭区域内宏观传热现象，忽略渣池区域内宏观传输行为；(2)假设渣/金界面为平面，忽略电磁作用对渣/金界面形状的影响；(3)假设渣池内温度分布均匀，渣/金界面处温度为渣池温度；(4)金属熔池对流引起的传热，采用增大导热系数来考虑，而不耦合传热和流动方程；(5)电渣重熔铸锭内产生的焦耳热较小，忽略不计；(6)铸锭与结晶器壁之间凝固收缩产生的气隙而引发的热阻，采用线性化的换热系数简化处理；将电渣重熔过程的二维瞬态传热控制方程作为电渣重溶过程的宏观凝固传热模型，如下所示：其中，ρ为钢的密度；Cp为定压比热容；r为径向；z为轴向；L为凝固潜热；fs为固相率；Vm为铸锭生长速度；Me为电极熔化速度；电渣重溶过程的宏观凝固传热模型的初始条件为：电渣重熔初期，水冷结晶器底部形成一层薄的液态金属，由于液态金属与渣池充分接触，结晶器底部初始形成的薄液态金属层温度与渣池温度相同，即Tini-Tslag(6)其中，Tin...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓花，康晓雪，马骏，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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