一种电渣熔铸调控方法与流程

本技术涉及电渣熔铸，具体而言，涉及一种电渣熔铸调控方法。

背景技术：

1、电渣熔铸是一种依托电渣热效应实现金属熔炼与铸造成形的精密特种制造技术，所制构件冶金质量优异，广泛适用于高端装备关键零部件的制备场景。传统公共型腔电渣熔铸工艺难以实现复杂曲面构件的成形制造，存在自耗电极运动与扭曲成形腔室的空间干涉问题。为此，异位熔炼原位成形工艺被提出，通过分离熔炼区域与成形区域的结构设计，有效规避了上述空间干涉难题，可实现复杂曲面构件的近净成形加工。

2、在电渣异位熔炼原位成形工艺中，熔炼区产生的高温金属液通常经传输通道被引导至成形区，并在结晶器的冷却作用下逐层凝固为铸件。该工艺常用于轮廓复杂、壁厚差异大、对致密度要求较高的大型铸钢件，反应容器顶盖即为其典型应用对象之一。目前，实际生产中的熔铸电流、电极填充比、电极进给速度及冷却强度等关键参数多由工艺人员依据离线数值模拟结果或有限的生产经验预先设定，并在整个浇注过程中保持恒定或仅在出现异常后凭经验手动微调。与此同时，结晶器内部处于密闭高温环境，金属液从电极通道流出并进入成形腔室远端的过程中，温度场分布、渣池流动状态及渣皮生长情况均难以直接观测。

3、由于上述运行参数与高温熔体的流动能力、凝固收缩行为之间缺乏可量化的在线评价指标，当电流密度或电极填充比设置不当时，传输口附近固态渣皮容易过度生长，金属液流动阻力增大、过热度下降，进而在构件远端形成断绝后续热质补偿的孤立液相区，最终在凝固收缩阶段演变为缩孔、疏松等缺陷。因此，现有工艺难以对成形完整性进行有效预判和动态补偿，工艺质量稳定性不足。

技术实现思路

1、为解决电渣异位熔炼原位成形工艺成形完整性难以控制的问题，本技术提供一种电渣熔铸调控方法。

2、本技术提供的一种电渣熔铸调控方法，包括：

3、获取目标熔铸产品的产品几何参数和材料参数；

4、根据所述产品几何参数确定结晶器的内腔几何参数；其中，所述结晶器的内腔包括电极通道和成形腔室；所述电极通道至少部分位于所述结晶器的成形腔室的外侧；在所述结晶器的任一水平截面中，所述结晶器的成形腔室与所述电极通道连通；

5、控制自耗电极在所述电极通道中升降与精炼；

6、获取所述自耗电极的通电参数；

7、根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子；

8、根据所述成形完整性因子调节所述通电参数。

9、可选地，所述根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子，包括：

10、根据如下公式计算成形完整性因子：

11、；

12、其中，ffr为所述成形完整性因子；a为根据所述材料参数确定的温敏转变系数；i为所述通电参数中的熔铸电流；r为填充比；所述填充比为所述自耗电极的水平截面积与所述电极通道的水平截面积的比值；b为根据所述材料参数确定的临界偏移系数。

13、可选地，所述根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子，还包括：

14、根据如下公式计算黏度温敏系数：

15、；

16、其中，βμ为所述黏度温敏系数；t1为第一测试温度；t2为第二测试温度；μ(t1)为所述材料参数中的所述第一测试温度下的黏度；μ(t2)为所述材料参数中的所述第二测试温度下的黏度；

17、根据所述黏度温敏系数确定所述温敏转变系数；其中，所述温敏转变系数与所述黏度温敏系数呈正相关。

18、可选地，所述根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子，还包括：

19、根据如下公式计算热扩散率：

20、；

21、其中，α(t)为温度t下的热扩散率；k(t)为所述材料参数中温度t下的热导率；ρ(t)为所述材料参数中温度t下的密度；cp(t)为所述材料参数中温度t下的比热容；

22、根据如下公式计算平均热扩散率：

23、；

24、其中，为所述平均热扩散率；

25、根据所述平均热扩散率分别确定所述温敏转变系数、所述临界偏移系数；其中，所述温敏转变系数与所述平均热扩散率呈正相关，所述临界偏移系数与所述平均热扩散率呈负相关。

26、可选地，所述根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子，还包括：

27、根据如下公式计算代表黏度：

28、；

29、t1≤tm≤t2；

30、其中，μm为所述代表黏度；tm为代表温度；μ(tm)为所述材料参数中的所述代表温度对应的液态黏度；

31、根据所述代表黏度确定所述临界偏移系数；其中，所述临界偏移系数与所述代表黏度呈负相关。

32、可选地，所述根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子，还包括：

33、根据如下公式计算有效热焓储备：

34、；

35、其中，hm为所述有效热焓储备；ts为所述材料参数中的固相线温度；cp(t)为所述材料参数中温度t下的比热容；lf为所述材料参数中的凝固潜热；

36、根据所述有效热焓储备确定所述临界偏移系数；其中，所述临界偏移系数与所述有效热焓储备呈正相关。

37、可选地，所述根据所述材料参数和所述通电参数确定成形完整性因子，还包括：

38、根据如下公式计算固液相区间：

39、；

40、其中，为所述固液相区间；tl为所述材料参数中的液相线温度；ts为所述材料参数中的固相线温度；

41、根据所述固液相区间确定所述温敏转变系数；其中，所述温敏转变系数与所述固液相区间呈负相关。

42、可选地，所述方法还包括：

43、；

44、；

45、；

46、其中，tl为所述材料参数中的液相线温度；tm为代表温度。

47、可选地，所述根据所述成形完整性因子调节所述通电参数，包括：

48、根据所述内腔几何参数修正所述成形完整性因子；

49、根据修正后的所述成形完整性因子调节所述通电参数。

50、可选地，所述根据所述内腔几何参数修正所述成形完整性因子，包括：

51、根据所述内腔几何参数确定流动跨距；其中，所述流动跨距为在所述结晶器的水平截面中，所述电极通道中熔炼的金属液进入所述成形腔室中后在所述成形腔室中流动的最远距离；

52、根据所述流动跨距修正所述成形完整性因子；其中，所述成形完整性因子与所述流动跨距呈负相关。

53、为解决电渣异位熔炼原位成形工艺成形完整性难以控制的问题，本技术有以下优点：

54、通过将目标熔铸产品的材料参数与自耗电极的通电参数共同纳入成形完整性因子的计算框架，使成形完整性得以量化表征；并依据成形完整性因子对通电参数进行反馈调节，从而在密闭结晶器内对远端型腔的填充状态进行预判，提高金属液过热度与流动性的匹配程度，减少因温降失控导致的缩孔和疏松风险，降低工艺开发对实物试错的依赖，从而本技术能够解决电渣异位熔炼原位成形工艺成形完整性难以控制的问题。