梁 强， 陈希春， 任 昊， 王 飞， 郭汉杰

（1.北京科技大学，北京100083;2.钢铁研究总院，北京 100081）

电渣重熔（ESR）在提高金属纯净度、控制重熔锭凝固组织方面得到共识。由于现代炼钢工艺的进步，硫及其夹杂物的控制已经不是电渣生产中的主要矛盾。如何控制凝固，获得合理组织成为电渣工作者最为关心的问题［1］。而用于描述凝固质量的一次枝晶间距d1与二次枝晶间距d2以及局部凝固时间与Rayleigh数等参数很难由测量获得，虽然利用计算机进行电渣重熔过程数值模拟的研究较多［2-6］，但是对电渣重熔凝固参数进行数值模拟的研究未见报道，本文利用MeltFlow软件从理论上确定电渣重熔过程中各目标参数与电流的关系，实现电渣重熔过程有效控制，从而保证最终产品的质量。

1 数学模型及实验方法

本计算模型对轴对称、稳态条件下ESR工艺的物理过程进行了综合分析。其计算范围从渣顶表面开始，包括重熔锭，以渣顶表面为参照系，且电极-渣与渣-金属界面假定为平面。其计算范围见图1。

1.1 温度场控制方程

采用焓-孔隙度方法建立相变行为的模型，通过求解能量守恒方程获得渣与钢锭中的温度场，在该方法中，总焓被分成显焓h与潜热ΔH。相应的控制方程描述如下。能量守恒:

式中ρ—密度，kg/m3;—熔化速度，kg/s;Cp—热容，J/（Kg.K）;T—温度，K;t—时间，s;keff—有效热导率，W·（m-1·K-1）;SJ—焦耳热，J;f—液体分数;L—液体分布长度，m;Tsolidus—固相线温度，K;Tliquidus—液相线温度，K。

1.2 金相组织控制方程

对于高温合金，易于在枝晶间区域发生显微偏析并形成黑斑。因此，在计算模型中，利用凝固重熔锭的温度场预测金相组织，并且用Rayleigh数作为黑斑判据预测黑斑形成的可能性［7］。……