Zur Untersuchung der Erstarrungsstruktur und des Verhaltens von Einschlüssen während des Vakuumlichtbogenumschmelzprozesses von Stahl für Großgussformwerkzeuge sowie zur Erforschung und Untersuchung der Prozessparameter des Vakuumlichtbogenumschmelzens wurde eine computergestützte numerische Simulationstechnik verwendet, um die Entwicklung der Schmelzbadform während des Vakuumlichtbogenumschmelzens eines 30 t Brammenformers (ϕ1250 mm) aus Stahl für Großgussformwerkzeuge zu untersuchen, die Entmischungsgesetze der Elemente zu analysieren, die Beziehung zwischen Schmelzgeschwindigkeit und Entfernungspfad von Einschlüssen sowie den Einfluss unterschiedlicher Heliumdrücke auf die Erstarrungsqualität des Brammenblocks zu studieren. Die Ergebnisse zeigen: Wenn die Schmelze in den stationären Zustand eintritt, ist die Zunahme der Schmelzbadtiefe proportional zur Schmelzgeschwindigkeit. Bei Schmelzgeschwindigkeiten von 12,50, 13,65 und 15,00 kg/min wurden die simulierten Zunahmen der Schmelzbadtiefe auf 0,257, 0,307 und 0,397 mm/min berechnet. Die Entfernungspfade der Einschlüsse sind bei den drei Schmelzgeschwindigkeiten vernünftig; bei den eingestellten Schmelzgeschwindigkeiten von 12,50 und 13,65 kg/min kann die Erstarrungsfront des Schmelzbads nicht oder nicht vollständig den Rand des Kristallisators erreichen, wodurch ein erhöhtes Risiko von „Unterhaut-Einschlüssen“ auf der Unterseite des Brammenblocks besteht. In der Anfangsphase des Umschmelzens ist die Wasserkühlung am Boden des Kristallisators sehr stark, die Abkühlgeschwindigkeit hoch. Die Simulation zeigt, dass bei den drei Schmelzgeschwindigkeiten C, V, Cr und Mo unterschiedlich stark negativ entmischt sind, wobei C und V am deutlichsten sind, gefolgt von Mo, während Cr relativ wenig entmischt. Wenn die Brammenhöhe 500 mm erreicht, werden die negative Entmischung von Cr und Mo im Wesentlichen aufgehoben, und die Tendenz der negativen Entmischung von C und V lässt deutlich nach. Die Simulation untersuchte den Einfluss der Heliumkühlung auf die Tiefe der Zweiphasenregion bei zwei Schmelzgeschwindigkeiten. Das Einblasen von Helium kann die Tiefe der Zweiphasenregion deutlich verringern; der Effekt ist signifikant, die Tiefe kann um über 40 % reduziert werden. Der Heliumdruck ist in einem bestimmten Bereich invers proportional zur Tiefe der Zweiphasenregion des Schmelzbads. Das Einblasen von Helium kann die Auswirkungen der Segregation von Legierungselementen im oberen Bereich des Brammenblocks deutlich reduzieren; die Form der stark segregierten Bereiche von leicht segregierenden Elementen verändert sich von „kegelförmig“ zu abgeflacht. Die Verteilungsebenen der Elementkonzentration werden reduziert. Die Elemente im Kern des Brammenblocks neigen zur positiven Segregation, während die Elemente an der Oberfläche zur negativen Segregation neigen.

Vakuumlichtbogenumschmelzen; Großling-Giessen; Formstahl; Einschlüsse; Heliumkühlung