電流對GH4169合金電渣重熔凝固過程參數影響的數值模擬研究

梁 強， 陳希春， 任 昊， 王 飛， 郭漢杰

（1.北京科技大學，北京100083;2.鋼鐵研究總院，北京 100081）

電渣重熔（ESR）在提高金屬純凈度、控制重熔錠凝固組織方面得到共識。由于現代煉鋼工藝的進步，硫及其夾雜物的控制已經不是電渣生產中的主要矛盾。如何控制凝固，獲得合理組織成為電渣工作者最為關心的問題［1］。而用于描述凝固質量的一次枝晶間距d1與二次枝晶間距d2以及局部凝固時間與Rayleigh數等參數很難由測量獲得，雖然利用計算機進行電渣重熔過程數值模擬的研究較多［2-6］，但是對電渣重熔凝固參數進行數值模擬的研究未見報道，本文利用MeltFlow軟件從理論上確定電渣重熔過程中各目標參數與電流的關系，實現電渣重熔過程有效控制，從而保證最終產品的質量。

1 數學模型及實驗方法

本計算模型對軸對稱、穩態條件下ESR工藝的物理過程進行了綜合分析。其計算范圍從渣頂表面開始，包括重熔錠，以渣頂表面為參照系，且電極-渣與渣-金屬界面假定為平面。其計算范圍見圖1。

1.1 溫度場控制方程

采用焓-孔隙度方法建立相變行為的模型，通過求解能量守恒方程獲得渣與鋼錠中的溫度場，在該方法中，總焓被分成顯焓h與潛熱ΔH。相應的控制方程描述如下。能量守恒:

式中ρ—密度，kg/m3;—熔化速度，kg/s;Cp—熱容，J/（Kg.K）;T—溫度，K;t—時間，s;keff—有效熱導率，W·（m-1·K-1）;SJ—焦耳熱，J;f—液體分數;L—液體分布長度，m;Tsolidus—固相線溫度，K;Tliquidus—液相線溫度，K。

1.2 金相組織控制方程

對于高溫合金，易于在枝晶間區域發生顯微偏析并形成黑斑。因此，在計算模型中，利用凝固重熔錠的溫度場預測金相組織，并且用Rayleigh數作為黑斑判據預測黑斑形成的可能性［7］。……