本课题是在执行国家863计划”电渣熔铸曲轴一步整体成型及应用开发”的过程中提出来的,并且已获得南昌市重点科技攻关项目资助。电渣熔铸技术作为一种典型的近净成形技术,将金属的精炼提纯和结晶凝固成形集于一体,使成形铸件既有良好的冶金质量和凝固质量,又有接近或达到最终产品的形状尺寸。随着电渣熔铸技术的不断推广和使用,需要我们对电渣熔铸技术的机理进行深入的研究,以便在理论上指导电渣熔铸技术在实际中的应用。另外在轧钢和铸轧生产中,轧辊在轧制过程中承受负荷大,工作强度高,磨损非常严重,需要经常修磨甚至更换,容易影响工作精度和工作效率,轧钢行业轧辊寿命短、容易产生早期失效的问题,严重制约着轧钢企业的经济效益和劳动效率。本文在电渣熔铸试验的过程中提出了电渣主动加热技术,并由此介绍了一种新型的”双电渣轧辊表面复合技术”,该技术相对于其他各种轧辊和复合轧辊的生产方法,有着多方面的优点,完全可以实现简单、快速、节约、高效。本文基于上述研究目的和意义,借助于轧辊、电极、渣壳、结晶器、渣池组成的物理模型对加热系统热电场传输的边界条件做了合理的处理,并使用有限元分析软件ANSYS对轧辊复合装置加热系统的热电场传输现象进行了模拟研究。模拟研究对加热系统的温度、热流密度、热流梯度、电场、电位、电流密度、轧辊周向,径向和轴向温度分布路径规律等进行了分析,发现轧辊和电极之间的渣池高温热源区域能够对轧辊表面金属实现主动快速加热。研究还分析了工艺因素对加热系统热电场的影响趋势,发现无论是电压、渣池深度、电极插入深度、还是电极和辊芯间距等都对系统的热电场有着较大的影响,另外电极端部形状对加热系统热电场的影响也不能忽略。本文还根据模拟结果估计了抽锭时间、抽锭速度和其他关键工艺参数,并介绍了实现计算机自动控制的具体方法。为了验证模拟结果,本文设计了具体试验方案,在南昌核星电渣冶金机械厂进行了大量的试验,用各种检测装置测得的试验数据与模拟结果基本吻合。试验和模拟研究结果证明电渣主动加热技术的应用前景比较可观,它不仅可以用来复合轧辊,也完全可以应用于电渣热封顶技术和金属热处理领域,从而为金属表面热处理和快速复合等技术的加热方法开辟了一条新的途径。本文的研究对以后的进一步试验研究和实际生产具有相当重要的指导意义。