Effect of Melting Rate on Solidification Process of High Filled Ratio 06Cr18Ni11Ti Electroslag Remelting Ingot

Yang Wenbin; Liu Zhongqiu; Wang Fang; Huang Xuechi; Lang Yuping; Li Baokuan

doi:10.20057/j.1003-8620.2024-00128

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Effect of Melting Rate on Solidification Process of High Filled Ratio 06Cr18Ni11Ti Electroslag Remelting Ingot

Smelting and Solidification | 更新时间：2025-05-09

- Effect of Melting Rate on Solidification Process of High Filled Ratio 06Cr18Ni11Ti Electroslag Remelting Ingot
- Special Steel Vol. 45, Issue 6, Pages: 28-36(2024)
- 作者机构：
  
  1.东北大学冶金学院，沈阳110819
  2.钢铁研究总院特殊钢研究所，北京100080
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2024-00128
  CLC： TF744
- Received：10 May 2024，
  
  Published：30 November 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
杨文彬,刘中秋,王芳等.熔速对高填充比06Cr18Ni11Ti电渣重熔铸锭凝固过程的影响[J].特殊钢,2024,45(06):28-36.

Yang Wenbin,Liu Zhongqiu,Wang Fang,et al.Effect of Melting Rate on Solidification Process of High Filled Ratio 06Cr18Ni11Ti Electroslag Remelting Ingot[J].Special Steel,2024,45(06):28-36.
杨文彬,刘中秋,王芳等.熔速对高填充比06Cr18Ni11Ti电渣重熔铸锭凝固过程的影响[J].特殊钢,2024,45(06):28-36. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00128.

Yang Wenbin,Liu Zhongqiu,Wang Fang,et al.Effect of Melting Rate on Solidification Process of High Filled Ratio 06Cr18Ni11Ti Electroslag Remelting Ingot[J].Special Steel,2024,45(06):28-36. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00128.

摘要

以06Cr18Ni11Ti钢高填充比电渣重熔铸锭为研究对象，通过建立瞬态电渣重熔过程的多相多物理场耦合模型，探究了熔速对电渣重熔过程中电磁、传热、流动及凝固行为的影响。结果表明，不同熔速下的电流路径基本一致，且存在明显的集肤效应，结晶器内部温度呈抛物线形分布，且温度梯度较大。随着熔速从5 kg/min增至7 kg/min，电流密度、洛伦兹力和焦耳热分别增加了16.2%、37.7%和63.3%；渣池最高温度从1 902 K上升至2 058 K；渣池内存在两对方向相反的涡旋，结晶器内的流动随熔速增大变得更加剧烈；在本文研究条件下，提高熔速会导致熔池深度增大、铸锭局部凝固时间延长；当熔速为5 kg/min时，局部凝固时间最短，熔池深度在结晶器直径的1/2~1/3，有助于保证铸锭良好的致密性和结晶质量。

Abstract

This study focuses on the transient electroslag remelting process of 06Cr18Ni11Ti ingots with high filled ratio. By establishing a multiphysics and multiphase coupled model of the ESR process， the influence of melting rate on electromagnetic， heat transfer， fluid flow， and solidification behaviors during the ESR process was investigated. The results indicate that under different melting rates， the current paths are generally consistent， with a obvious skin effect. The temperature inside the crystallizer exhibits a parabolic distribution with significant temperature gradients. As the melting rate increased from 5 kg/min to 7 kg/min， the current density， Lorentz force， and Joule heating increased by 16.2%， 37.7%， and 63.3%， respectively. The maximum temperature of the slag pool increased from 1 902 K to 2 058 K. Both the slag and molten pools exhibit pairs of oppositely directed vortices， with flow becoming more intense with the increasing of melting rate. Under the conditions studied in this paper， increasing the melting rate leads to deepening of the molten pool and prolonging the local solidification time of the ingot. When the melting rate is 5 kg/min， the depth of the molten pool is between 1/2 and 1/3 of the mold diameter and the local solidification time is shortest， which helps to ensure the good density and crystallization quality of the ingot.

关键词

Keywords

references

Zhang J X ， Huang Y Q ， Fan D ， et al . Microstructure and performances of dissimilar joints between 12Cr2Mo1R steel and 06Cr18Ni11Ti austenitic stainless steel joined by AA-TIG welding ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2020 ， 60 ： 96 - 106 .

胡伟华，康永林，唐兴昌 . 321奥氏体不锈钢动态再结晶的研究［J］. 特殊钢， 2012 ， 33 （ 6 ）： 59 - 62 .

杨　浩，王方军，李　采，等 . 镍基高温合金的熔炼工艺研究进展［J］. 特殊钢， 2023 ， 44 （ 3 ）： 1 - 9 .

Xiong Y L ， Song Z W ， Wang A G ， et al . Factors influencing power consumption and power-saving measures in ESR process ［J］. China Foundry ， 2019 ， 16 （ 1 ）： 1 - 7 .

李宝宽，陆秋敏，陈　瑞，等 . 电渣重熔工艺中渣金两相的流动、传热及凝固［J］. 材料与冶金学报， 2011 ， 10 （ S1 ）： 129 - 134 .

Dong Y W ， Jiang Z H ， Fan J X ， et al . Comprehensive mathematical model for simulating electroslag remelting ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2016 ， 47 （ 2 ）： 1475 - 1488 .

贾　雷，崔　衡，杨树峰，等 . 新型镍基GH4151高温合金ESR数值模拟及工艺优化［J］. 中国有色金属学报， 2023 ， 33 （ 9 ）： 2873 - 2889 .

崔利民，栾吉喆，陈保梁，等 . Hastelloy G3合金电渣锭锻造裂纹分析及工艺改进［J］. 特钢技术， 2023 ， 29 （ 4 ）： 16 - 20 .

吕　斌，李志强，杨智勇，等 . 电渣重熔工艺对GCr15轴承钢凝固组织的影响［J］. 材料导报， 2021 ， 35 （ 24 ）： 24134 - 24141 .

Shi C B ， Zheng X ， Yang Z B ， et al . Effect of melting rate of electroslag rapid remelting on the microstructure and carbides in a hot work tool steel ［J］. Metals and Materials International ， 2021 ， 27 （ 9 ）： 3603 - 3616 .

Chen X ， Jiang Z H ， Liu F B ， et al . Effect of melt rate on surface quality and solidification structure of Mn18Cr18N hollow ingot during electroslag remelting process ［J］. Steel Research International ， 2017 ， 88 （ 2 ）： 1600186 .

李正邦，张家雯，王庆和，等 . 渣系及充填比对电渣重熔电耗的影响［J］. 特殊钢， 1983 ， 4 （ 3 ）： 32 - 46 .

Duan Y R ， Li B K ， Huang X C ， et al . Effect of electrode change on solidification of slag and metal pool profile in electroslag remelting process ［J］. Journal of Iron and Steel Research International ， 2021 ， 28 （ 12 ）： 1582 - 1590 .

黄　烁，段怡如，李连鹏，等 . 电极更换对电渣重熔过程金属液和熔渣凝固的影响［J］. 材料与冶金学报， 2023 ， 22 （ 6 ）： 518 - 524+558 .

Tong W J ， Li W M ， Zang X M ， et al . A comprehensive mathematical model of electroslag remelting with two series-connected electrodes based on sequential coupling simulation method ［J］. Metals ， 2020 ， 10 （ 5 ）： 658 .

段怡如，李宝宽，黄雪驰，等 . 旋转电极电渣重熔过程电极熔速的理论解析［J］. 钢铁研究学报， 2022 ， 34 （ 4 ）： 341 - 351 .

贺　铸，刘艳贺，刘　双，等 . 电极填充比对电渣重熔过程影响的数值模拟［J］. 特殊钢， 2014 ， 35 （ 4 ）： 16 - 19 .

Huang X C ， Duan Y R ， Liu Z Q ， et al . Role of electrode rotation on improvement of metal pool profile in electroslag remelting process ［J］. Metals ， 2021 ， 11 （ 11 ）： 1675 .

Yu J ， Liu F B ， Jiang Z H ， et al . Numerical simulation of the dynamic formation of slag skin and heat flow distribution during the electroslag remelting process ［J］. Steel Research International ， 2018 ， 89 （ 5 ）： 1700481 .

姜周华 . 电渣冶金学［M］. 北京：科学出版社， 2015 ： 242 .

Huang X C ， Li B K ， Liu Z Q . Three-dimensional mathematical model of oxygen transport behavior in electroslag remelting process ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B ， 2018 ， 49 （ 2 ）： 709 - 722 .

李正邦 . 电渣冶金的理论与实践［M］. 北京：冶金工业出版社， 2010 ： 193 .

Hoyle G . Electroslag processes： principles and practice ［M］. Sole distributor in the USA and Canada ， Elsevier Science ， 1983 ： 62 .

Ballantyne A S ， Kennedy R J ， Mitchell A . The influence of melting rate on structure in VAR and ESR ingots ［C］. In Proceedings of the 5 th International Conference on Vacuum Metallurgy and Electroslag Remelting Processes . Munich， Germany ： Leybold-Heraeus GmbH & Co Leybold-Heraeus GmbH & Co ， 1976 ： 181 - 183 .

Views

下载量

CSCD

CNKI被引量

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Migration Law of Mg Element during Electroslag Remelting of Superalloys

Design of Slag System for FB2 Heat-resistant Steel Electroslag Remelting and Its Effect on Element Loss

Influence of Melting Parameters on the Electroslag Remelting Process of GH4151 Alloy

Analysis and Process Optimization on Hydrogen Content by Electroslag Remelting of Steel 316H for Nuclear Power

Prediction Model of Phosphorus Content at the End Point of Electroslag Remelting Based on MI and XGBoost Algorithms

Related Author

Gao Xiaoyong

Ren Weiwang

Zhang Lifeng

Niu Chengzhou

Wang Ning

Wang Chunhui

Lin Tengchang

Zhou Xiaozhou

Related Institution

School of Mechanical and Materials Engineering， North China University of Technology

School of Mechanical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao City

School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing

Department of Metallurgical Technology Research， Central Iron and Steel Research Institute

School of Materials， University of Science and Technology Beijing

⁰