EPM技术发展现状及应用前景.pptVIP

2-3多功能真空感应炉 1985年德国海拉斯地区的ALD公司在VID（Vacuum induction degassing)基础上开发了一种专利的VIDP（Vacuum induction degassing pouring)真空感脱气浇注法，1990年以后，VIDP在德国、英国、美国、韩国、日本等国家钢铁公司、有色合金厂、特钢厂得到应用，用1～20T的VIDP炉来生产高温合金，有色合金和不锈钢等。在欧洲，奥地利Kapfenberg的Bohler特殊钢厂在2000年建成一座VIDP炉，用于真空熔炼和重熔特钢及镍基合金和钴基合金，英国Sheffield的RossCatherall工厂有一座VIDP炉，容量为8T，在美国宾州的Cartech工厂，拥有22T的VIDP炉，主要用于生产铸锭，特殊钢的电极 重熔，镍基精密合金。 EPM技术发展现状及应用前景 近年来，多功能真空感应炉又有了进一步发展，所谓多功能其功能主要有以下几点： （1）具有常规真空冶炼和浇注功能； （2）具有顶吹O2底吹Ar能力，或同时具备喷粉能力，可以进行闭环控温、真空状态下加渣料、合金料、取样、测温和定氧等功能； （3）真空状态下可浇注圆锭、方锭、扁锭及铸件。 EPM技术发展现状及应用前景 我国的概况： 1957年中科院金属所从瑞士进口5Kg真空感应炉开展精密铸造高温合金，其后大多数为50Kg，200～500Kg级真空炉。 1996年宝钢集团五钢公司从美国CONSARC公司引进4.5T级真空感应炉，功率为1250KW，频率为150Hz，另一台为3T/6T 1978年投产。 2006年攀钢集团长城特钢新建6T真空感应炉。 宝钢特钢分公司从德国引进，国内最大，世界一流水平的12T真空感应炉。 近年来随着我国航空、航天及对高温合金，特殊钢的需求，已建成为大飞机项目的500Kg级多功能真空感应炉（苏州振吴电炉有限公司生产） EPM技术发展现状及应用前景 EPM技术发展现状及应用前景 图11 天津大无缝500Kg级多功能真空感应炉（苏州振吴电炉公司制作） EPM技术发展现状及应用前景 图12 常熟特钢公司13T真空感应炉（苏州振吴电炉公司制作） EPM技术发展现状及应用前景 图13 常熟特钢公司13T真空感应炉（苏州振吴电炉公司制作） 关于中频炉有待研究开发的几个问题 主要目标： 1 ．中频炉如何进行优化设计（功率、频率、炉型等） 2 ．中频炉温度及成分控制系统 3 ．炉内流动场、温度场（在电磁力作用下）的描绘及分析 EPM技术发展现状及应用前景 中频炉内熔体在电磁力作用下所出现象的“驼峰” EPM技术发展现状及应用前景 感应熔体“驼峰”形貌示意图 要确切地表达“驼峰”的形状，深入地揭示获得液态金属在电磁场作用下熔体的流动和变形行为。需要求解Maxwell方程组（与欧姆定律耦合）以求得电磁力，把所求得的电磁力作为体积力代入Navier-stokes方程与连续性方程求得流动速度与自由表面形状。同时，当熔体的自由表面形状发生变化的时候，也必然会影响熔体中电磁场的分布，进而影响到作用在熔体中的电磁力，这又将改变熔体的自由表面形状与速度分布，可以看出，流场与电磁场是高度耦合的。 EPM技术发展现状及应用前景 为了获得平衡状态下熔体“驼峰”的形貌并且简化其计算过程，对中频炉而言可作基本假设： （1）由于集肤效应电流透入深度（δ）比坩埚和金属熔体的尺寸小得多，因此，作用在熔体中的电磁力可被看作为表面力，并可用磁应力张量表示（Magnetic Stress tensor）； （2）熔体“驼峰”的形貌变化不影响熔体中的磁力线的分布。 （3）如果是分辨的铜坩埚，由于电磁均仅仅能够通过分辨之间的缝隙进入熔体中，这就使得电磁场的端部效应很小，因此，分辩铜坩埚中的电磁感应强度的计算按无限长螺线管内部的电磁感应强度计算。 EPM技术发展现状及应用前景 当系统达到平衡时，在驼峰上表面张力，熔体的静压力和瞬时平均等价电磁表面力这之间达到平衡，即： （2－9） 式中γ－液态金属表面张力，J/m2； R1，R2－驼峰主曲率半径，m； fs,m－瞬时平均等价电磁表面力； g－重力加速度。 对于式（2－9），在圆柱形坩埚的条件下，驼峰上任意一点（r，z（r）的表面张力大小可以表示为 （2－10） EPM技术发展现状及应用前景 同时，式（2-9）中的时平均等价电磁表面力fs,m分量可通