现代冶金与材料过程工程丛书 电渣冶金学PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 电渣冶金在特种冶金中的地位 1

1.2 电渣重熔的基本原理 2

1.3 电渣重熔的基本特点 3

1.4 电渣冶金的分类 4

1.5 电渣冶金技术的发展过程及趋势 8

1.5.1 国外电渣冶金技术的发展 8

1.5.2 国内电渣冶金技术的发展 13

1.5.3 展望 15

参考文献 18

第2章 电渣冶金炉渣的物理性质 21

2.1 熔渣的基本概念 21

2.2 电渣冶金用渣系组成、来源及组元的作用 21

2.3 炉渣在电渣冶金中的作用 22

2.4 相图 24

2.4.1 氟化物单元系 25

2.4.2 二元系 26

2.4.3 三元系 33

2.4.4 四元系 43

2.5 电导率 46

2.5.1 基本概念 46

2.5.2 电导率的测量方法 48

2.5.3 常见ESR炉渣的电导率 54

2.6 密度 68

2.6.1 CaF2基渣系的密度 70

2.6.2 CaO-Al2 O3 -SiO 2三元系的密度 75

2.7 黏度 77

2.8 表面张力和界面张力 85

2.8.1 基本概念 85

2.8.2 表面张力测试方法 89

2.8.3 界面张力测试方法 94

2.8.4 熔渣界面性质对电渣重熔工艺的影响 96

2.8.5 常见ESR渣系的表面张力和界面张力 97

2.9 热物理性质 109

2.9.1 热容 109

2.9.2 导热系数 111

2.9.3 熔渣的黑度 119

2.10 渣系物理性质计算模型 121

2.10.1 含氟渣系电导率模型 121

2.10.2 含氟渣系黏度模型 123

2.10.3 表面张力计算模型 128

参考文献 129

第3章 熔渣的化学性质及电渣过程与熔渣有关的反应 134

3.1 熔渣组元的活度 134

3.1.1 二元渣系组元的活度 134

3.1.2 三元渣系组元的活度 135

3.1.3 四元渣系组元的活度 140

3.1.4 多元渣系组元的活度计算方法 140

3.2 熔渣的硫化物容量 144

3.2.1 炉渣硫容量的定义 145

3.2.2 熔渣的硫容量模型 146

3.2.3 二元渣系的硫容量 150

3.2.4 三元渣系的硫容量 151

3.2.5 电渣过程硫的反应 152

3.2.6 影响重熔过程脱硫反应的因素 153

3.3 熔渣中氢的行为 157

3.3.1 熔渣中氢（H2）和水（H2O）溶解过程的物理化学分析 157

3.3.2 气相中水向熔渣——钢液的渗透机理 166

3.3.3 气氛中水在熔渣中渗透率测定方法及结果 167

3.4 熔渣中氮的溶解度 171

3.5 熔渣的成分变化及其挥发性 175

3.6 电渣过程碳的反应 180

3.7 电渣重熔过程磷的行为 180

3.8 电渣重熔过程元素的成分变化 182

3.8.1 合金元素氧化和还原的机理 182

3.8.2 电渣过程氧的行为、来源及渣的传氧能力 183

3.8.3 渣中氧化物的稳定性与钢中氧含量的关系 185

3.8.4 镍基合金中Al、 Ti成分的控制 189

3.8.5 电渣重熔中微量Mg元素的控制 191

3.9 直流电渣重熔及其电化学反应 193

3.9.1 直流电渣重熔的意义 193

3.9.2 直流电渣重熔的熔化速度和比电耗 194

3.9.3 直流电渣过程中的电化学反应 195

3.9.4 直流电渣重熔钢锭的质量 198

参考文献 200

第4章 渣系的选择与应用 205

4.1 渣系对ESR产品质量及技术指标的影响 205

4.1.1 渣系对电渣过程技术指标的影响 205

4.1.2 渣系对电渣锭表面质量的影响 207

4.1.3 渣系对冶金质量的影响 208

4.2 渣系选择原则和常见的电渣重熔渣系 210

4.2.1 渣系选择原则 210

4.2.2 渣系命名方法 211

4.2.3 常见的电渣重熔渣系和应用 212

4.3 无氟渣的开发与应用 219

4.3.1 无氟渣的组成 219

4.3.2 无氟渣的主要性能特点 220

4.3.3 无氟渣的操作工艺特点 223

4.3.4 无氟渣的实际使用效果 223

4.4 酸性渣电渣重熔 226

参考文献 230

第5章 电渣重熔工艺参数的选择与制定 232

5.1 电渣炉的电气原理 232

5.2 电渣重熔工艺参数制定的基本原则 235

5.3 电渣重熔工艺参数的分类 236

5.3.1 几何参数 236

5.3.2 基本控制参数 236

5.3.3 目标参数 237

5.4 钢锭结晶质量的衡量方法 238

5.4.1 树枝晶间距 238

5.4.2 枝晶间距与凝固条件的关系 238

5.4.3 熔化速度与局部凝固时间的关系 241

5.4.4 ESR钢锭的金属熔池形状与钢锭质量的关系 243

5.4.5 热量传递对ESR金属熔池形状的影响 244

5.5 工艺参数对主要目标参数的影响 246

5.5.1 电极直径（充填比）的影响 246

5.5.2 渣系及渣池深度的影响 247

5.5.3 电制度对冶金质量和效率的影响 249

5.6 电渣重熔参数的优化匹配 251

5.7 ESR过程工艺参数的变化及工艺控制模型 256

5.7.1 恒功率重熔时各参数的变化 256

5.7.2 递减功率重熔的工艺要求 258

5.7.3 递减功率重熔的控制方法 259

5.7.4 工艺控制数模 260

参考文献 260

第6章 电渣冶金新技术 261

6.1 可控气氛电渣重熔技术 261

6.1.1 可控气氛电渣炉的产生背景 261

6.1.2 惰性气体（Ar、 N2）或者干燥空气保护电渣炉 262

6.1.3 加压电渣重熔技术 264

6.1.4 真空电渣重熔技术 266

6.2 电渣连铸技术（快速电渣重熔技术） 267

6.3 电渣液态浇注技术 279

6.3.1 导电结晶器技术 279

6.3.2 电渣液态浇注技术的特点 282

6.3.3 电渣液态浇注双金属复合轧辊 282

6.3.4 电渣液态浇注实心钢锭 285

6.4 特厚板坯电渣重熔技术 290

6.5 空心钢锭电渣重熔技术 296

6.5.1 空心钢锭生产方法 296

6.5.2 电渣重熔生产空心钢锭方法 299

6.6 电弧渣重熔技术 306

6.6.1 电弧渣重熔设备及特点 306

6.6.2 电弧渣重熔效果 307

6.7 洁净金属形核铸造技术 309

6.7.1 设备及特点 309

6.7.2 应用CMNC技术生产燃气轮机涡轮盘 310

6.7.3 CMNC关键技术 311

6.8 电渣法制备钛锭 311

参考文献 312

第7章 电渣冶金过程的传输现象 315

7.1 电渣重熔过程热平衡 315

7.2 电渣重熔过程传热特性的实验研究 318

7.2.1 实验设备及主要测试方法 318

7.2.2 实验结果及讨论 320

7.3 用传热学分析电渣锭的表面质量 324

7.3.1 电渣锭表面光滑成型的本质和条件 324

7.3.2 影响电渣锭表面质量的主要因素 324

7.3.3 重熔过程钢锭从下往上表面质量的差异 328

7.4 渣池传输现象的微分方程 328

7.4.1 描述渣池传输现象的基本微分方程 329

7.4.2 轴对称柱坐标下渣池电磁场、流场和温度场的微分方程 331

7.5 渣池中电位、电流及发热分布的数学模拟 332

7.5.1 模型的数学描述 333

7.5.2 实验条件及数据 335

7.5.3 计算结果及讨论 335

7.5.4 小结 340

7.6 渣池流体流动和温度分布的模拟计算 341

7.6.1 主导方程 341

7.6.2 壁函数 341

7.6.3 边界条件 342

7.6.4 实验型电渣炉的模拟计算结果 345

7.6.5 工业电渣炉的模拟计算结果 350

7.7 渣面以上辐射传热的理论计算 353

7.7.1 模拟的数学描述 354

7.7.2 计算结果及分析 356

7.7.3 小结 359

7.8 ESR钢锭凝固模型的数学描述 359

7.8.1 主导方程 360

7.8.2 边界条件 360

7.8.3 潜热的处理 361

7.8.4 金属熔池的对流传热 362

7.8.5 金属熔滴温度的计算 362

7.8.6 局部凝固时间LST的计算 364

7.9 ESR钢锭边界传热系数的确定 364

7.9.1 ESR钢锭边界传热系数的理论计算 365

7.9.2 基于热流测定数据的钢锭边界传热系数的计算 367

7.10 实验室小型电渣炉重熔过程凝固传热的模拟计算 369

7.10.1 数学模拟的求解方法 369

7.10.2 小型ESR钢锭的模拟计算结果 370

7.11 大型工业电渣炉重熔过程钢锭凝固的模拟计算 374

7.11.1 渣池温度和熔化速度的计算 374

7.11.2 模型的求解 375

7.11.3 Mn18Cr18N电渣钢锭温度场的模拟计算结果 376

7.11.4 供电制度对钢锭温度场的影响 378

7.11.5 熔化速度和局部凝固时间的关系 379

7.12 ESR钢锭热应力分布的数值模拟 380

7.12.1 应力场数学模型的描述 380

7.12.2 Mn18Cr18N电渣重熔钢锭模拟分析 382

7.12.3小结 384

参考文献 384

第8章 电渣重熔过程数学模型的新进展 387

8.1 电渣重熔过程熔滴形成及滴落行为 387

8.1.1 电渣重熔过程熔滴滴落行为的数值模拟 387

8.1.2 电渣重熔过程熔滴滴落行为的物理模拟 399

8.2 电渣液态浇注新工艺数学模型 406

8.2.1 电渣液态浇注实心钢锭 406

8.2.2 电渣液态浇注空心钢锭 417

8.2.3 导电结晶器加热ESS LM制备复合轧辊 435

8.3 电渣连铸新工艺数学模型 443

8.3.1 双极串联电渣连铸小方坯 443

8.3.2 导电结晶器电渣连铸新工艺及数学模型 449

8.4 电渣重熔板坯新工艺数学模型 459

8.4.1 模型边界和有限元模型 460

8.4.2 数学模型的研究结果 462

8.4.3 功率对金属熔池的影响 468

8.5 电渣重熔空心钢锭新工艺数学模型 469

8.5.1 电渣重熔空心锭有限元模型及参数 469

8.5.2 不同工艺参数对结果的影响 470

参考文献 480

第9章 电渣锭常见质量问题 484

9.1 电渣锭的表面质量 484

9.1.1 电渣重熔钢锭表面的主要缺陷 484

9.1.2 影响电渣锭表面质量的因素 486

9.1.3 提高铸锭表面质量的措施 488

9.2 铸锭的内部质量 489

9.2.1 元素偏析 489

9.2.2 夹渣或者富集性夹杂缺陷 493

9.2.3 疏松和缩孔 494

9.2.4 气孔 496

9.2.5 氢含量过高 499

9.2.6 氧含量过高 502

参考文献 503