随着材料工业的需求，特种冶金更广泛地应用于制备那些以普通熔炼方法不能或难以熔炼的特殊金属材料，是生产高质量特殊钢及超级合金、难熔合金(W、Mo、Nb、Ta、Re)、活泼金属(如Ti、V、Zr等)、高纯金属(如零夹杂钢)及近终形铸件的手段。特种冶金也称特种熔炼，具体包括电渣重熔、真空感应熔炼、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼冷床技术等。

         我司的特种冶金工艺过程综合仿真工具是专门针对特种冶金工艺的开发和优化的软件，用于模拟电渣重熔、真空自耗(真空电弧重熔)、电子束冷床、等离子冷床的工艺过程，并使得工艺过程可视化、量化并有据可循，从而能够科学地优化生产工艺，帮助用户降低试错过程中的时间和金钱浪费，并获得最佳的产品质量。

         电渣工艺解决方案

        电渣重熔(ESR)可以看作是利用自耗电极加热的熔渣来精炼金属的方法。通常，在铜制水冷结晶器中加入固态渣料或液态渣料(预熔渣料)，将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时，便有电流从变压器输出，通过液态熔渣。由于上述供电回路中，熔渣的电阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生了大量的焦耳热，使其处于高温熔融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点，从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化，熔化的金属聚集成液滴，在重力的作用下金属熔滴从电极端头脱落，穿过渣池进入金属熔池，由于水冷结晶器的强制冷却，液态金属逐渐凝固成钢锭，在正常重熔期，电流从电极进入渣池后，要通过金属熔池和凝固钢锭再由底水箱和短网返回变压器。

        由于电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物理化学反应，从而可去除金属中有害杂质元素和非金属夹杂物。钢锭由上而下逐渐凝固，金属熔池和渣池就不断向上移动，上升的渣池使结晶器内壁和钢锭之间形成一层渣壳，它不仅使钢锭表面平滑光洁，而且降低了径向导热，有利于自下而上的顺序结晶，改善了钢锭内部的结晶组织。

        采用电渣重熔工艺所生产的铸锭产品的质量取决于发生在熔渣和金属中的复杂的交流电电磁、流体、传热和相变现象的交互作用。因为电渣重熔工艺的高度复杂的过程，高昂的生产费用和实际测量上的诸多困难，采用试错的工艺优化方法是非常低效的。

         我们的新技术为预测影响铸锭生产质量的工艺条件提供了一个科学而具有成本效益的方法。用综合而高效的方法考虑了铸锭生产过程中的所有根本的现象，详细地预测了整个电渣重熔加工过程中熔渣和铸锭中的流体、温度和电磁场的变化和最终生产所得的合金铸锭中的各种缺陷。

         电渣工艺优化计算案例

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        真空自耗工艺解决方案

        真空自耗重熔(VAR)通过真空电弧对电极进行持续重熔。应用直流电源在电极和放于水套中的钢模的底板之间产生电弧。电弧产生的高热熔化了电极，在水冷模中逐渐形成新的钢锭。整个重熔过程始终保持高真空。

        真空自耗重熔钢锭时，材料的凝固结构受局部凝固速率和在液体/固体界面处的温度梯度影响。为了得到直接的树枝状的原始结构，在整个重熔工艺中必须在凝固界面处保持较高的温度梯度。枝晶的生长方向与温度梯度的方向一致，在凝固过程中，枝晶的生长方向受金属熔池的影响。因为熔池深度与重熔速率一起增长，所以枝晶与钢锭轴线所成的生长角度也在增长。

        由于工艺和材料本身的原因，真空自耗重熔钢锭上容易出现缺陷，特别是高合金钢或者特殊合金的重熔，这些缺陷包括表面质量问题、年轮状缺陷、微观偏析产生的斑点，以及白点等缺陷。这些缺陷将直接导致钢锭报废，尤其是高标准的特殊合金生产中。

        真空自耗重熔中有着复杂的传热、流动、相变过程，是一个非常复杂的工艺过程，它受控于电磁、流体、传热和相变之间的复杂的相互作用。去除夹杂物并获得均一组分的高性能合金的能力完全取决于操作人员的现场生产工艺。由于工艺的复杂性，通过试错的方法优化这个工艺过程是非常低效而且浪费惊人。 

        我们提供了一个科学而高效的方法，帮助用户预测工艺过程参数对铸锭质量的影响，并对工艺方案进行优化。MeltFlow用综合而高效的方法考虑了铸锭生产过程中的所有根本的现象，详细地预测了真空电弧重熔加工的过程中流场、温度场和电磁场的变化和最终生产所得的合金铸锭中的各种元素的浓度分布。

        真空自耗工艺优化计算案例

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       冷床重熔工艺解决方案

        冷床重熔技术包括电子束冷床重熔(EBCHM)和等离子冷床重熔(PACHM)，冷床技术的产生使得废料得到了合理的在利用，并利用长程的冷床提升了重熔过程中的去杂能力，连续的浇注能力使得生产更大的锭型成为可能。但是高真空的环境，以及熔池表面温度的不均匀，也造成了合金元素的挥发，使得合金的组分难于控制，所以冷床重熔技术主要用于纯金属的熔炼，比如纯钛等。随着工艺能力的提升，冷床重熔技术近年来也被越来越多地用于合金的生产，比如Ti-64，Ti-Al合金等。我们针对冷床技术的工艺特点，开发了相应的模块用于冷床熔池的温度场、流场模拟、合理控制合金元素的挥发。并结合铸锭的浇注过程仿真，帮助用户获得最佳的工艺参数。   

         电子束冷床熔炼工艺优化案例

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