520 工程科学学报，第42卷，第4期 Rotation flow velocity 0.03 m-s Rotation flow velocity0.08 ms Temperature/K Temperature/K 1830 0.04 1835 0.04 1820 1820 1810 1810 0.02 0.02 1800 1800 1790 1790 1780 1780 1770 1760 1760 1750 0.02 1750 0.02 1730 1730 1700 0.04 1700 0.04 -0.04-0.02 0 0.020.04 0.04 -0.0200.020.04 Coordinate x/m Coordinate x/m Rotation speed 0 rmin Rotation speed 6 rmin Rotation flow velocity 0.15 m-s Rotation flow velocity 0.15 ms Temperature/K Temperature/K 0.04 0.04 1835 1820 1820 1810 1810 0.02 1800 0.02 1800 1790 1790 1780 1780 0 1770 1770 1760 1760 1750 -0.02 1750 1730 1730 1700 0.04 1700 -0.04 -0.04-0.0200.02 0.04 -0.040.0200.020.04 Coordinate x/m Coordinate x/m Rotation speed 13 rmin Rotation speed 19 r-min- 图3渣-金界面处的流场和温度场随结品器旋转的变化 Fig.3 Variations of the flow and temperature fields on the slag/metal-pool interface with different mold-rotation speeds 19rmin时，高温区的面积达到了最大值，高温区 ①重熔启动：实验采用热启动的方式启动.首 移动到了结晶器的边缘，渣/金截面的温差进一步 先将CaF2和Al2O3混匀，然后用石墨坩埚盛好，放 减小 入硅钼棒高温炉中熔化.当温度达到1650℃时， (3)金属熔池温度场的变化 迅速取出倒入结品器中，重熔开始 图4为电渣重熔过程电渣锭/渣池的纵向温度 ②正常重熔：重熔电压、电流分别设定为34V, 场分布.根据图4，得出了M2高速钢固/液相线的 1000A.当重熔过程稳定以后，使结晶器慢慢转动 位置，如图5所示 至设定转速.实验过程设定四个转速：0,6,13和 从图4、图5可以看出，结品器转速越大，金属 19 r-min 熔池越浅且平，两相区的厚度也减小.与结晶器 ③重熔结束：当重熔锭达到预定高度时，缓慢 静止状态相比(0rmin),结晶器旋转时，金属熔 降低结晶器转速至零，断电.当渣冒完全凝固后，脱 池深度分别降低了10.54%(19rmin),8.81% 模，迅速将电渣锭送入退火炉中进行去应力退火，退 (13rmin)和7.38%(6rmin);两相区的厚度分 火温度710℃，保温两个小时后，随炉冷却至室温 别减小了1.05%(19rmin),0.94%(13rmin)和 (3)检验分析 0.03%(6rmin). 电渣锭取样位置如图6所示 2结晶器旋转热态电渣重熔实验 ①碳化物三维形貌分析.采用HO2+HF腐 蚀液，在75℃下腐蚀2~3s即可.然后采用扫描 2.1实验 电镜-能谱进行检测分析 (1)实验设备及材料 ②碳化物的物相分析.委托国家钢铁材料测 实验设备为结品器旋转双极串联电渣重熔炉 试中心进行检测.首先对M2钢进行电解萃取，电 实验材料为M2高速工具钢 解条件为：1%四甲基氯化铵+10%乙酰丙酮甲醇 (2)实验过程 溶液，电流密度为0.04~0.06Acm2,温度控制在19 r·min−1 时，高温区的面积达到了最大值，高温区 移动到了结晶器的边缘，渣/金截面的温差进一步 减小. （3）金属熔池温度场的变化. 图 4 为电渣重熔过程电渣锭/渣池的纵向温度 场分布. 根据图 4，得出了 M2 高速钢固/液相线的 位置，如图 5 所示. 从图 4、图 5 可以看出，结晶器转速越大，金属 熔池越浅且平，两相区的厚度也减小. 与结晶器 静止状态相比（0 r·min−1），结晶器旋转时，金属熔 池 深 度 分 别 降 低 了 10.54%（ 19  r·min−1） ， 8.81% （13 r·min−1）和 7.38%（6 r·min−1）；两相区的厚度分 别减小了 1.05%（ 19 r·min−1） ， 0.94%（ 13 r·min−1）和 0.03%（6 r·min−1）. 2    结晶器旋转热态电渣重熔实验 2.1    实验 （1）实验设备及材料. 实验设备为结晶器旋转双极串联电渣重熔炉. 实验材料为 M2 高速工具钢. （2）实验过程. ① 重熔启动：实验采用热启动的方式启动. 首 先将 CaF2 和 Al2O3 混匀，然后用石墨坩埚盛好，放 入硅钼棒高温炉中熔化. 当温度达到 1650 ℃ 时， 迅速取出倒入结晶器中，重熔开始. ② 正常重熔：重熔电压、电流分别设定为 34 V， 1000 A. 当重熔过程稳定以后，使结晶器慢慢转动 至设定转速. 实验过程设定四个转速：0，6，13 和 19 r·min−1 . ③ 重熔结束：当重熔锭达到预定高度时，缓慢 降低结晶器转速至零，断电. 当渣冒完全凝固后，脱 模，迅速将电渣锭送入退火炉中进行去应力退火，退 火温度 710 ℃，保温两个小时后，随炉冷却至室温. （3）检验分析. 电渣锭取样位置如图 6 所示. ① 碳化物三维形貌分析. 采用 H2O2 + HF 腐 蚀液，在 75 ℃ 下腐蚀 2～3 s 即可. 然后采用扫描 电镜−能谱进行检测分析. ② 碳化物的物相分析. 委托国家钢铁材料测 试中心进行检测. 首先对 M2 钢进行电解萃取，电 解条件为：1% 四甲基氯化铵+10% 乙酰丙酮甲醇 溶液，电流密度为 0.04～0.06 A·cm−2，温度控制在 Temperature/K 1830 1820 1810 1800 1790 1780 1760 1750 1730 1700 1835 1820 1810 1800 1790 1780 1760 1770 1750 1730 1700 1820 1810 1800 1790 1780 1760 1770 1750 1730 1700 1820 1810 1800 1790 1780 1760 1770 1750 1730 1700 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation speed 0 r·min−1 Rotation flow velocity 0.03 m·s−1 Rotation speed 6 r·min−1 Coordinate y/m Temperature/K 1835 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation flow velocity 0.08 m·s−1 Coordinate y/m Temperature/K 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation speed 13 r·min−1 Rotation flow velocity 0.15 m·s−1 Rotation speed 19 r·min−1 Coordinate y/m Temperature/K 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation flow velocity 0.15 m·s−1 Coordinate y/m 图 3    渣−金界面处的流场和温度场随结晶器旋转的变化 Fig.3    Variations of the flow and temperature fields on the slag/metal−pool interface with different mold-rotation speeds · 520 · 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期