电渣重熔工艺是一项集流动、传热、传质、凝固结晶、电磁感应等多个物理化学现象于一体的复杂金属精炼技术。具有提高钢水纯净度、减轻偏析等独特的优势,在特种冶金和精细冶金领域得到广泛的应用。随着国民经济的发展,我国对高品质钢材的需求日益增多,因此,电渣重熔技术不断蓬勃发展。利用电渣重熔具有成分过渡段短,凝固组织连续等优点,接续制备双合金汽轮机转子是一项重要的创新。但实际电渣重熔过程中,熔炼电流、渣厚和自耗电极填充比等操作参数对电渣重熔钢锭的质量起着决定性作用。本研究采用实验的方法分别研究了熔炼电流、渣厚和自耗电极填充比三个操作参数对双合金电渣重熔接续制备过程的影响。同时采用数值模拟的手段分别研究了熔炼电流和电磁搅拌对电渣重熔钢锭微观组织的影响。本课题主要研究内容:(1)使用实验的手段,将两种不同Ni含量合金焊接成自耗电极,研究不同通电电流、渣厚及填充比对双合金电渣重熔过程中熔池深度、渣池温度、熔化率、微观组织、过渡段形态和Ni元素偏析状况。并对不同实验结果进行对比,得出最佳的操作参数。(2)对电渣重熔结晶器建立二维轴对称模型,采用有限元法对熔炼过程中的温度场、凝固场进行求解,同时采用元胞自动机法与有限元法耦合的算法求解钢锭微观组织。研究电渣重熔过程中,熔炼电流变化对电渣重熔过程中熔池深度、温度场、凝固场和微观组织的影响。此外在模拟过程中引入电磁场,研究电磁搅拌对电渣重熔钢锭的微观组织的影响。本课题研究结论:(1)熔炼电流密度对重熔和凝固过程有重要的作用。随着熔炼电流的增加,电渣重熔过程中的自耗电极熔速与渣池温度不断上升,熔炼效率提高,低倍组织中的枝晶形貌呈细化趋势,熔炼质量较好。但同时液态金属熔池增大,溶质,包括Ni元素偏析倾向严重,过渡段形态逐渐由均匀厚度演化成模糊区域。参照模拟过程中发现,熔炼电流增加的过程中会出现一个晶粒最细,二次枝晶臂间距最小的临界值。(2)水冷结晶器中的渣量对重熔凝固也有重要的影响。随着渣厚的增加,自耗电极的熔化率,过渡段厚度和Ni元素偏析程度及低倍组织中晶粒的粗糙程度呈现出先下降后上升的趋势,渣池温度不断下降,并且在其中两组实验的低倍组织中,发现了点状偏析的存在,文中分析发现,宏观偏析和气泡夹杂是点状偏析的主要诱因。(3)对比三组不同填充比的熔炼钢锭之后发现,随着填充比的增加,电极的熔化率,渣池温度,Ni元素偏析度,微观组织晶粒度增加,过渡段扩大。同时,在两组大填充比的钢锭纵截面低倍组织中心处发现了一些的等轴晶,这会对钢锭的力学和加工性能造成了一定影响,在熔炼钢锭时应极力避免。(4)本实验设备下(200kg电渣炉),对于Φ120×600mm规格的结晶器,在自耗电极材质为AISI202合金,直径为55mm时,选择渣厚60mm,熔炼电流为1800A,可以熔炼出质量较高的钢锭。(5)电磁搅拌技术能够提高电渣重熔熔炼质量。加载电磁搅拌之后,铸锭底部结晶组织并未发生明显变化,钢锭中上部枝晶与径向的角度逐渐减少,直至钢锭顶部接近平行。钢锭侧面激冷层中,等轴晶的数目大量增加。随着搅拌电流的增加,熔池深度不断增加,局部凝固时间和二次枝晶臂间距逐渐减小,晶粒得到了细化。但电磁搅拌过程中却产生了明显的偏析现象。