电渣重熔
1 电渣重熔概念
电渣重熔（ESR）是利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金母材，液体金属以熔滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属熔池内，即渣洗清洁钢液，钢锭由下而上逐步结晶。
电渣重熔一般是在大气中进行，也可用氩气保护。电渣重熔后并不能降低气体和夹杂物的含量，只是降低大颗粒夹杂物含量，并且使夹杂物弥散分布使夹杂物的有害作用降低至最低。电渣重熔获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭。重熔时合金得到进一步精炼，夹杂物去除是通过渣洗和在熔池中上浮。合金的持久性能和塑性都得到提高，消除或减轻了各种宏观和显微缺陷。如果需要进一步降低钢中气体需要进一步的真空自耗处理。
电渣设备简单，投资省。最简单地说电渣重熔就是采用了电焊的原理。电渣炉机械结构设计简单，但是传动机构采用滚珠丝杠比较流行。
目前，国外著名的电渣炉制造厂家，如美国的CONSARC、德国的ALD和奥地利的INTECO 等公司均采用基于PLC和工控机的2级计算机控制系统，能实现整个重熔过程的设备和工艺的全自动控制。
东北大学从20世纪90年{BANNED}始研制以液压传动或滚珠丝杠传动为核心的新型机械设备，以工控机和PLC为硬件，以专家控制为软件的智能化计算控制系统的新一代电渣炉，目前已有近20台设备成功应用于国内的工业生产中，使用效果良好。
2 电渣炉设备组成
电渣炉通常有三部分组成：机械系统、供电系统、控制系统。
电渣炉的机械系统从机械结构上分为双支臂和单支臂两种；它主要由结晶器平台、支撑立柱、横臂(含升降旋转台车)、电极升降机构、电极夹持器、、假电极等组成；目前，电渣炉的升降机构大部分采用丝杠传动和钢丝绳传动两种；丝杠传动相对钢丝绳传动而言，较为平稳，对小型电渣炉尤其合适；但是，丝杠传动在电极升降调节时，其丝杠与丝母由于制造、安装的误差，使其在传动时有一定的间隙，限制了它的响应速度，影响了系统的调节精度；因此，少量新型电渣炉采用了液压驱动电极升降；液压驱动具有响应速度快、调节平稳、系统控制准确等优点，但由于增加了液压系统，造价相对较高。
中小型电渣炉的供电系统一般采用单相变压器供电，大型电渣炉多采用三相变压器供电；调压方式分为无载和有载电动调压、磁性调压器无级连续调压三种；当冶炼精度要求比较高时，应采用有载电动调压(在工作区级差一般为2～4V)或磁性调压器无级连续调压；供电方式分为交流和直流两种，目前，国内大部分电渣炉是交流供电；单相交流供电的短网为非平行布置，阻抗较大，功率因数较低，工厂的电力负荷不平衡，所以多用在小型电渣炉上；从性能上看，直流供电有其优越性，如：冶炼电流稳定性好、短网功率损耗低、系统的功率因数高、工厂的电力负荷较易平衡等优点；大型直流电源的应用技术已经成熟。
当前国内电渣炉的控制系统还很落后，电极升降调节有不少仍在采用直流放大机进行控制，电极升降调节为开环调节，假如电极以一给定速度下降，当冶炼电压、电流波动较大时，人工需及时进行干预。因此，一方面造成电渣炉冶炼时熔速不均匀，影响电渣锭质量，另一方面，工人的劳动强度也比较大
电极升降调节技术从交直流放大机到今天已发展了好几代。现在，工业控制计算机可编程控制器、变频调速正在迅速推广应用到炼钢电弧炉的电极调节系统中；而单纯的电极调节系统也已不能完全满足生产的需要。集生产管理于一身，在满足操作和控制精度的同时，将生产信息(如：班次、通断电时间、工作电流、电压、电能消耗、设备系统的工作状态等参量)显示出来，并通过局域网与生产中心联网通讯，这样的先进控制系统正逐步得到应用，将其推广到电渣重熔炉的控制系统定会取得良好的效果。
3电渣重熔基本过程。
在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热，将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢-渣充份接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长。
电渣重熔设备简单，投资较少，生产费用较低。电渣重熔的缺点是电耗较高，目前通用的渣料含CaF2较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置。
4 电渣重熔的工艺参数与相互关系
4.1电渣重熔的工艺参数
为了保证电渣过程能够稳定进行和重熔合金的质量，在制订合金的重熔工艺时必须选择合适的工艺参数。另外合理的工艺参数还可以降低各项消耗指标。电渣重熔过程必须选择确定的下列参数: 填充系数、渣层厚度、工作电压、面积电流（电流密度）等。
4.2 重熔工艺参数的相互关系
4.2.1重熔渣层厚度
当输入功率恒定时渣层厚度直接影响金属熔池的深度:渣层厚，渣温低，熔池浅；电渣稳定性好；渣层薄，渣温高，熔池深；电渣稳定性差；
4.2.2重熔工作电压
当输入功率和渣层厚度一定时，工作电压过高，电流波动大，电渣过程不稳定，渣层温度高，金属熔池浅，熔化速度快。电压过低时电流增大，渣层温度低，金属熔池加深，熔化速度减慢。冶炼电压对渣层温度的影响如图所示。从途中可以看出随工作电压升高渣层温度升高。导致重熔速度加快和冶炼电耗增加
冶炼电压对渣层温度的影响
4.2.3面积电流
面积电流密度是自耗电极单位横断面积上承载的电流值（A/cm2）.下图给出在电渣过程条件下面积电流与自耗电极直径的关系。图中有上限和下限曲线，在其中间区内是电渣过程稳定区，超过上限和低于下限区是不稳定电渣过程或电弧过程。随自耗电极直径的增加，稳定电渣过程的面积电流减小。图中数据适用于填充系数为0.35～0.45的重熔条件。
自耗电极直径与面积电流的关系
4.2.4填充系数
填充系数是自耗电极直径与结晶器内径的比值。它对重熔工艺稳定性与重熔合金的质量具有较大的影响。目前使用的填充系数偏低，原因是因为电渣钢锭重量小铸造自耗电极弯曲度大的缘故。随着开坏轧钢能力的提高，钢锭重量应该增大，铸造电极弯曲度减小，为提高填充系数创造了条件。大填充比重熔时，可以减轻大气对合金的污染，提高钢的纯洁度，改善钢锭表面质量，降低消耗指标，提高生产效率等。
5 电渣重熔的基本功能及其可能的应用范围（见附图2）
6 电渣重熔工艺应用的品种
电渣重熔产品品种多，应用范围广。其钢种有：碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。
7 电渣重熔过程中熔化速度对电耗的影响
增加熔速能够大幅度地降低电耗，而且实际生产中也往往采用这种方法作为节能省耗的主要措施，但需要指出的是，熔速的增加不
是无止境的，它受到众多外部因素的限制，只有合理的增加熔速，使其不超过某一熔速上限时才能达到既节电又能确保钢锭质量的效果．
上已述及，随着熔化速度的增加，输入渣池的功率增加，导致熔池深度增加，结晶角迅速减小．其最终结果是使钢锭径向结晶的趋势增加，严重破坏电渣重熔钢锭趋于轴向结晶的有利条件．同时，由于熔池变深，凝固时间增加，偏析、夹杂等凝固缺陷发生的可能性增加，钢锭的表面质量也会变坏．因而找出增加熔化速度上限是必要的．在大量的实践和理论研究的基础上，人们认为，合理的熔化速度应保证合理的熔池形状．具体而言，应该保证结晶角在70°～110°之间为宜．所以在增加熔速时，应该保证结晶角不大于110°，这就是熔速增加的上限．
熔化速度是电渣重熔工艺的重要参数．合理选择熔速不仅能够保证钢锭良好的结晶质量和表面质量，还能够最大限度地降低电耗，节约能源，实现优质低耗的目标．合理的熔化速度跟诸多因素有关，针对特定的钢种和熔炼条件选择熔速应从以下几个方面考虑：
(1)根据熔池形状初步确定熔速．
(2)根据给定熔速建立温度场模型．
(4)求解温度场模型，获得晶轴间距的大小，判断是否符合要求．
(4)根据温度场模型求解的结果，模拟熔池形状，计算结晶角，判断是否符合要求．
(5)在满足上述条件的情况下，尽量增加熔速，但应保证结晶角小于110°．
合理的熔速应该满足如下的特征：
(1)钢锭熔池形状合适，锭中心熔池深度约等于锭直径的1/2，熔池前沿形状应该是抛物线形．
(2)金属熔池上部应该出现圆柱段，且圆柱段高度不小于10 mm．
(4)钢锭中无缩孔、疏松、偏析等凝固缺陷，钢锭表面光洁．
(4)吨钢电耗≤1 200 kW ?h／t．
8 电渣重熔过程中大填充比对电耗的影响
8．1 降低渣池热幅射损失
电渣重熔在很高的温度下进行，最高温度可达1 900℃，渣面温度也在1 700℃左右。热幅射的大小与幅射温度的4次方成正比，因此，热幅射产生的热损失很大。热幅射的传播还同辐射体面积有关，面积越大热辐射量就越大。大填充比的自耗电极与小填充比的自耗电极比，面积较大(见图2)。随着自耗电极断面A的增加，暴露于空气中的渣池面积随之减小。可见，大填充比电渣重熔由于电极横断面的增大而减少了渣池暴露引起热幅射的面积，从而降低了热幅射损失。
8．2 减少作用于自耗电极上的电压损失
以攀成钢冶炼460～500型锭为例，冶炼电流为8 000 A～14 000 A。在该大电流下，自耗电极本身的电阻也将产生一定的压降。实测表明，电极压降同钢号和配电制度等因素相关，在相同配电制度情况下，自
耗电极直径越大，其压降就越小。但在实际生产时，不同的电极直径往往要使用不同的冶炼电流，电极直径加大，其冶炼电流也随之加大，结果是电极在单位长度上的压降并没有什么变化。通过对190、240、290三种规格自耗电极的测量显示，单位长度上的压降几乎相等，平均约为1．7 V／m。因此，仅从单位长度的压降值，反映不出大填充比节电，但冶炼同种规格的钢锭，大填充比使用的电极长度比小填充比使用的电极短。以攀成钢冶炼465型锭为例，使用qb175 mm电极的
冶炼时需用电极5．7 m；而用qb275 mm电极时，只需2．1m，显然在整个冶炼周期，大填充比电极的压降损失要小。对单电极电渣炉，这种损耗更为明显与直接。对双臂交换式电渣炉，大填充比还可减少电极交换时间.
8.3 大填充比可加大冶炼功率
同电弧炉发展高功率、超高功率降低能耗相似，加大电渣重熔冶炼功率同样可以提高冶炼速度，降低电耗。理论上，通过加大冶炼电压或冶炼电流都可实现功率增大。但冶炼电压的加大可能产生以下不利影响：①造成冶炼过程的不稳定；②减薄了渣壳厚度，增加了渣池径向热损失Ps；③容易造成结晶器旁流，烧结甚至击穿结晶器。因此，一般采用加大冶炼电流的方法来增加功率。然而，冶炼功率并非可以随意加大。如图3a所示，对小填充比冶炼工艺，功率的加大使自耗电极端部埋入深度h 加大且呈圆锥状，熔液通过锥体尖端滴入熔池中心，高温在中部的集中，使熔池深度hM随之加深且呈圆锥状。柱状晶的生长垂直于固液相界面，熔池深度的加深使结晶取向趋于水平，严重影响了铸锭的凝固质量。当采取大填充比冶炼时，由于功率的增大和电流的集肤效应，自耗电极端部呈平面状，埋入深度h 大幅缩短，熔滴落点分散，熔池加热面(即上表面)温度均匀化，至使熔池深度池底部趋于倒梯形(见图3b)。在这种条件下，适当增加冶炼功率，熔池底部仍较平坦，结晶取向趋于竖直。可见大填充比可以在保
证铸锭冶金质量的情况下增大冶炼功率。大功率冶炼降低电耗可通过缩短冶炼时间实现。
9 电渣锭纵裂原因及改进措施
主要质量问题有：表面质量(渣沟、打弧)、内部质量(夹杂、气泡)、纵裂。其中以纵裂危害最大。裂纹即是由钢锭在凝固和冷却过程中受热应力和组织应力作用，超过钢的强度极限或塑性变形超过临界值时，在钢锭表面薄弱处产生裂纹.
9.1 防止纵裂的改进方法
1 通过提高母材材质，降低钢中气体含量和夹杂，增强钢的强度；通过降低凝固初期的散热强度和冷却过程中的温降速度，降低凝固和冷却过程中钢锭的热应力和组织应力。
2 加强入炉原辅材料及钢包、钢锭模的烘烤质量的规范与现场监督，减少气体摄入量。
4 减少钢液裸露时间，对拉渣造新渣、出钢、浇注均制订了相应时间要求，出钢温度采用中下限，杜绝高温出钢。
．4 加强还原效果，要求炉渣必须调白。
．5 降低电渣熔炼过程中的输入功率。
．6 改进电渣渣系，使用三、七提纯渣。
7 加强缓冷效果，延长缓冷时间.
8 通过电炉合金化与电渣炉微调，在钢种化学成份规格允许范围内，将热塑性有益元素含量如Mn、Si、Cr、A1等调至高限，将热塑性有害元素s尽可能降低。
9 通过配入微量稀土，来改善电渣锭的热塑性，严格来讲，稀土添加属合金化。在此单独提出，是由于它在解决电渣钢锭开裂问题上，起了极其重要的作用。
稀土添加方式采取在电渣过程中加入。
10 电渣重熔的优越性和不足之处
多年来电渣冶金工作者做了全面、系统的研究，一致认为电渣重熔设备简单、操作方便、铸锭表面光洁、热塑性好、成材率高、具有很强的竞争力。电渣重熔以其特殊的工艺过程和熔炼结晶方式具有其它生产工艺所不能替代的优越性，因而得到冶金工作者的广泛重视。10．1 它的优越性具体概括如下：
10．1．1 细化晶粒
由于结晶器及水冷底板的强冷却作用，熔炼过程中，晶粒来不及长大，在钢锭内部呈细小均匀分布，起到改善钢锭内部组织的作用。
10．1．2 减少钢中非金属杂质及夹杂
在重熔过程中金属液滴是一滴一滴通过一定厚度的熔渣层，与呈镜面的金属液相比，金属液滴的比表面(单位重量占表面积)要大几百倍，增加了钢一渣界面积，熔渣吸附金属中的非金属杂质和夹杂的能力大大增加，同时钢中的杂质在通过渣层的过程中，按分配定律重新分配，使得钢液中杂质的浓度降低，起到渣洗的作用。
10．1．3 改善钢的热加工性能
由于电渣重熔后，钢锭晶粒变得细小均匀，钢锭的组织变得致密，钢锭表面光洁，同时钢中杂质减少，在热加工过程中应力集中和裂纹源大大减少，因此锻造过程中易产生的裂纹和开裂可以避免，由此可以提高钢锭的加工成材率。
10．1．4 过程可控性好
对产品的化学成分、夹杂物性质及形态、结晶方向、枝晶间距、显微偏析、碳化物颗粒度等均可以不同程度予以控制，可控制参量少，外围检测准确，便于实现微机闭环控制。10．1．5 减少组织的宏观偏析和微观偏析。
10．1．6 可控制重熔气氛，减少氧、氮、氢的侵人。
10．1．7 改善工具钢和模具钢中碳化物分布。
10．1．8 可以生产超大型钢锭。
从以上可以看出电渣重熔技术在现代工业生产中有着不可取代的重要性。在现代工业材质生产中，电渣重熔的优点得到了充分的发挥和利用。
10 .2 电渣重熔的不足概括如下：
(1)灵活性不足。电渣重熔只能将成分一定的钢材重熔，不能改变钢材的成分。
(2)生产成本高。电渣重熔过程中，电耗非常大，又由于是二次精炼，大大增加了钢材的生产成本。
(3)氟的污染。电渣渣料中含较多的CaF 会逸出HF、SiF4、SF6等有害气体，危害工人健康，造成环境污染。
(4)批量少，管理不便。电渣重熔一炉一个钢锭，批量小，检验量大，不便管理。
11 电渣冶金技术的发展趋势：
(1)将电渣的加热和精炼功能用于钢水的炉外精炼。
电渣钢包炉将具有热效率高、操作乎稳、噪音低、脱硫和去除非金属夹杂物效果好等特点，可望成为钢包精炼炉的一种新炉型。而采用直流电渣或交、直流电渣的方式用电化学方法将渣中
某些较稳定的氧化物(Ca0、MgO及稀土氧化物)部分电解而实现钢的微合金化，起到脱氧、脱硫、非金属夹杂物变性及改善钢的机械性能的目的。
(2)利用电渣的加热和脱硫功能进行铁水预处理
脱硫也是电渣冶金的新动向。这项技术适用于小高炉铁水脱硫。小高炉铁水温度低、容量小，用一般喷粉脱硫方法由于设备投资大，处理过程温降大，难以取得好的效果。采用电渣法温降小、投资少、脱硫率高，有望在工业上应用。另外，熔融还原铁水通常硫含量高、铁水量少、温度偏低，也需要类似的脱硫方法。而对铸造铁水的处理，不仅可以脱硫，而且可以利
用直流电渣的电化学反应对铁
水进行球化变质处理。
(3)电渣法处理固体料进行熔化和还原，是值得探索的技术。东北大学曾采用有衬电渣炉进行了预还原含钒球团处理、硼镁矿和铬精矿的熔融还原实验室实验，并取得了较好的效果。另外，还进行了氧化物的电渣熔炼实验。
(4)利用电渣重熔顺序凝固的特点对金属凝固过程进行控制，将是重要的研究方向。除了电渣熔铸、电渣离心铸造、热封顶及一般的电渣浇铸外，在电渣保温下采用控制注速和浸入式水口保护的慢速电渣浇铸可望获得与电渣重熔质量相当的钢锭或铸件，如图2所示。这种方法适用于断面尺寸变化大、电极难以进入结晶器、形状复杂的铸件生产。
12 附图
图1
图2
2021年电渣重熔原理
2 电渣重熔原理 欧阳光明（2021.03.07） 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.sslcm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 3001C。显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属
膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。(5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力
电渣重熔工艺简介
电渣重熔 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次 重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提 出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于 航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。生产的品种包括：优质合金钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金以及铝、铜、钛、银等有 色金属的合金。1980年世界电渣重熔钢生产能力已超过120万吨。中国1960年建成第一 座电渣炉,其后得到很大发展。最大的是上海重型机器厂电渣炉，钢锭重达200吨。 电渣重熔基本过程如图所示。 在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属 熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热， 将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢- 渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通 过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭 凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的 渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更 多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢 锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使 用寿命延长。 电渣重熔设备简单，投资较少，生产费用较低。电渣重熔的缺点是电耗较高，目前通用的 渣料含CaF较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置
电渣重熔原理
2 电渣重熔原理 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.ssl-cm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 2.2 渣成分和渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化
大型电渣重熔值得注意的几个问题
大型电渣重熔值得注意的几个问题 No.1 January2011 《大型铸锻件》 HEA VYCASTINGANDFORGING 大型电渣重熔值得注意的几个问题 向大林 (上海重型机器厂有限公司,上海200245) 摘要:大型电渣重熔作为生产100t以上直至300t重大锻件用巨型钢锭的理想方法,正在被更多的人们所 关注.本文回顾了电渣重熔的大型化缘起和发展.根据200t级电渣炉的实践经验,讨论了大型电渣重熔一些 值得注意的问题,如设备与工艺,特大电流短网,低氢控制,均匀性控制等. 关键词:大型电渣重熔;200t级电渣炉;设备与工艺;大电流短网;低氢控制;均匀性控制 中图分类号:TFI4文献标识码:B SomeProblemsMeritingAttentioninLarge—scaleESR XiangDalin Abstract:Large—scaleESRisbeingspreadasanidealprocessofmanufacturinggiganticingotsfor100tupto3O Ot monoblockforgings.Originanddevelopmentoflarge—scaleESRwerelookedbackinthispaper.Someproblemsmeriting attentioninlarge—scaleESR,suchasequipmentandtechnology,excessivecurrentshoanet,lowhydrogencontr ol,homo- geneitycontroletc.,werediscussedonthebasisofproductionpracticeofthe200t-classESRfu
电渣重熔渣系选择的工艺探索
电渣重熔渣系选择的工艺探索 攀钢钢城企业总公司冶炼厂王宾陈涛李艳丽 【摘要】通过大量的工艺实践探索 , 掌握了电渣重熔渣系对脱硫、脱磷和合金元素烧损和生产效率的关系 , 提出了根据不同钢种选择渣系的方法。 【关键词】电渣重熔渣系工艺 1前言 电渣重熔过程中 , 熔融渣池起着重要的作用 , 因此在整个重熔过程中 , 渣池成分、温度、深度、 态下。 方法 , , 又 、熔点、表面张力、粘度、氧化性等与重熔金属品种相适应的最佳条件下进行 , 因此对渣系进行适当的选择调整是十分必要的。我厂有 250K VA 的电渣重熔炉 2座 , 主要生产电工纯铁、高速工具钢、模具钢电渣重熔锭。长期以来一直选用 CaF 2∶ Al 2O 3=7∶ 3的渣系 , 生产实践表明, “三?七渣系” 对不同钢种在纯净度、合金元素的损耗、 P 、 S 等有害元素的去除、生产效率、产品质量、电耗等方面作用是不相同的。为了摸索电渣重熔渣系选择的较好方案 , 我们对电渣重熔的渣系选择进行了一定的工艺探索。 2电渣重熔用渣系所要求的主要基本特性和成分 电渣重熔用渣系的各种特性 , 取决于其主要成分 CaF 2、 Al 2O 3、 CaO 等 , 以及加入渣中的氧化物 , 碳酸盐等 , 渣中加入氧化物 , 会降低电导率和电耗 , 提高熔点和粘度。
熔点下降 , 会使电导率上升 , 使钢锭产生空洞、气孔、夹杂等缺陷 , 提高熔点将降低电导率 , 妨碍脱硫反应 , 100~200 , , 。 (例如在 CaF 2量多 , 粘 0110~0115泊的渣子 , 和 Al 2O 3量多 , 粘度为0110~0115泊的 , 采用后者夹杂物有所增加。 为了防止熔渣卷入金属内 , 熔融金属和熔渣之间应具有足够大的表面张力以及对非金属夹杂物相适应的高吸附能力。 CaF 2含量少及 Al 2O 3、 CaO 含量高时 , 具有大的表面张力 , 因为 Ca +与 F -结合能比 O -结合能力小的缘故 , 此外氧化物渣子对于刚玉、石英玻璃具有较好的吸附能力。 3电渣重熔锭质量和渣系成分关系工艺探讨 为了探索电渣重熔过程中脱硫、脱氧和合金元素变化 , 杂质去除等行为 , 以及它们和渣料成分关系 , 我们采用高速钢 W9M o3Cr4V 、 W6M o5Cr4V (M2 、电工纯铁 (DT4、 DT3 、通过变换渣系 , 对电渣重熔、脱氧、脱硫等行为进行了生产实践工艺探索。 311电渣重熔脱硫机理。脱硫是电渣重熔的重要特征之一 , 其按照下列反应进行 :①硫由金属向渣中转移的行为 : [S]金属 +(O 2- 渣 [[O]金属 +(S 2- 渣 ? ②转移进渣中的硫和大气中氧反应而逸出 :
电渣重熔原理
共享知识分享快乐 电渣重熔原理2 2．1 渣池 熔化、然后被加热、电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 应该确也就是通常的电阻发热定律。因此，重熔过程中热量通过焦耳效应产生，所用的大多数渣的电阻率在熔保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。。显然，，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C炼温度下为0.2.0.ssl-cm 在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 熔渣对于非金属材料来说是熔剂 (2)当金属电极进入到渣池中时，电极端部达 到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。暴露的非金属夹杂当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂这里金属膜条件对于快重熔过程中的化学反应 主要部位是电极端部渣／金界面，速反应是最理想的。涟起保护金属 免受污染的作用(4) 被熔由于金属在渣下熔化和凝固，渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。而这种氧化在常规工艺中是不可避免化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣至少在稳定操作这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，壳。条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。它的熔化温一般情况下，为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。200 度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一-- 300又保证反应渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，定界限内调整。物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望渣的黏这一点也非常重要。反应的发生，因为这些反应会造成微量
电渣重熔原理
电渣重熔原理 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
2 电渣重熔原理 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 渣成分和渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1203)、二氧化硅（Siq）为主，其他元素可少量存在，如二氧化钛M OZ）或氟化镁(MgF2 )。本书采用将Ca凡先列出来，在它的质量分数之后加上“F’’。余下的组成（即氧化物）按照CaO, Mgo, A1203, Siq且碱度降低的顺序列出，并且只列出质量分数。通用公式是 a F/b/c/d/e，即 a＝w (CaF2) b＝w (CaO) c＝w (Mgo) d＝w（Al2O3） e＝w (SiO2)如60F/10/10/10/10渣含60％的CaF2，余下的每种成分均为10%。又如 50F/20/0/30渣含 50 % CaF2, 20 % CaO, 30 % A1203,无Mgo。当完全按照这种方法叙述成分时，如果 w(Siq)二0，就不必将之表示出来了。表就是用这种方法列出的常用渣。[18] CaF2-CaO-A12仇渣系
大型锻造用电渣重熔锭的冶炼工艺
大型锻造用电渣重熔锭的冶炼工艺 天津赛瑞机器设备有限公司 闫崇榜林军福王刚刘元飞 158********yanchongbang@https://www.wendangku.net/doc/f38542544.html, 摘要：结合大型筒形锻件产品的使用环境和技术条件，对大型电渣锭的电渣重熔工艺的编制进行了讨论。重点阐述了三相电渣炉生产大型电渣锭时，工艺参数的设定原则和经验，并结合生产产品的生产技术指标对工艺的合理性进行了评价。为今后此类产品的生产积累了经验。 关键词：筒形锻件大型电渣锭三相电渣炉工艺参数 The Process of ESR Large Ingot with Forging Tianjin SERI Machinery Equipment Corporation Limited YAN Chong-bang,LIN Jun-fu,WANG Gang and LIU Yuan-fei Abstract:The use of environmental and technical conditions of this combination of large tubular forgings products,preparation of large ESR ingot electroslag remelting process was discussed.Focuses on the production of large three-phase electroslag ingot,setting principle and experience of process parameters,Combined with the production index of the production technology products of technology rationality was evaluated.Accumulate experience for future production of such products. Key words:Cylinder forging；Large electroslag remelting ingot；Three-phase electroslag furnace;process parameters 1引言 电渣重熔在中型及大型锻件生产中，处于优势地位[1]。随着国内大锻件生产能力的逐步增强，市场对电渣重熔锻件的需求量也逐渐增大。在各种大型设备上，凡是较为关键的部件或主要受力部件都会采用大型锻件，复杂恶劣的工作环境，要求其必须拥有可靠性及安全性等特点，这也决定了大型锻件必须有着过硬的机械性能和超声波探伤等质量指标。为了满足这些指标，又畏于大型铸锭的缩孔、疏松、偏析、夹杂物聚集等冶金缺陷，大多数厂家会选用电渣重熔锭作为原材料进行生产。 本文所述的大型电渣锭用于一种筒类锻件的生产，该锻件将用于一种大型挤压机，并且是该挤压机的关键部件。该产品生产难度较大，国内关于大型电渣锭的生产经验较 1 第页；共8页
冶金原理自己总结
冶金原理自己总结 冶金原理自己总结 1.熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成的熔体。 2.熔渣组分的来源:矿石或精矿中的脉石; 为满足冶炼过程需要而加入的熔剂; 冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物;被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料. 3.冶炼渣（熔炼渣）:是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中生成的 主要作用汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属、熔锍等）分离。4.精炼渣（氧化渣）:是粗金属精炼过程的产物。 主要作用捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。5.富集渣:是某些熔炼过程的产物。 作用使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。6.合成渣:是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制的渣料熔合而成的炉渣。如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣等。这些炉渣所起的冶金作用差别很大。 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质、吸收非金属夹杂物。 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。
7.熔渣的其它作用: 作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质; 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸的最高温度;在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂; 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中的溶解。8.熔渣的副作用: 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷;炉渣带走了大量热量;渣中含有各种有价金属. 9.熔盐盐的熔融态液体通常指无机盐的熔融体 10.熔锍多种金属硫化物（如FeS、Cu2S、Ni3S2、CoS等）的共熔体.11.从平面投影图绘制等温截面图步骤： 将平面投影图中给定温度以外的等温线、温度高于给定温度的部分界线（fe1）去掉 将界线与给定温度下的等温线的交点（f）与该界线对应二组元的组成点相连接，形成结线三角形（BfC） 去掉余下的界线（Ef，Ee2，Ee3）在液固两相区画出一系列结线标出各相区的平衡物相 用“边界规则”检查所绘制的等温截面图12.加速石灰块的溶解或造渣的主 要措施：降低炉渣熔化温度提高熔池温度加入添加剂或熔剂（如MgO、MnO、CaF2、Al2O3、Fe2O3）等。增大渣中∑FeO含量 显著降低C2S初晶面的温度；
电渣重熔
电渣重熔免费编辑添加义项名 材料 电渣重熔钢（electroslag remelting）是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。 中文名称 电渣重熔 外文名称 electroslag remelting 主要目的 提纯金属 热源 主要目的 锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、 钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。 电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。电 渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺 的设备条件。 主要产品
电渣重熔的产品品种多，应用范围广。其钢种有:碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。 主要作用 电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。 应用成果 近些年来，电渣熔铸新工艺逐渐引起了国内外工程技术界的重视，许多工业部门在加紧研究和使用电渣熔铸产品。在发展这项新工艺方面，原苏联、日本和美国的研究成果较多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英国、瑞典和法国。东北大学电冶金研究室在发展电渣熔铸新工艺以及研制使用它的异型件方面取得了以下成果:? 电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和柴油机曲轴等。 目前，国外著名的电渣炉制造厂家，如美国的CONSARC、德国的ALD和奥地利的INTECO等公司均采用基于PLC和工控机的2级计算机控制系统，能实现整个重熔过程的设备和工艺的全自动控制。 东北大学从20世纪90年代开始研制以液压传动或滚珠丝杠传动为核心的新型机械设备，以工控机和PLC为硬件，以专家控制为软件的智能化计算控制系统的新一代电渣炉，目前已有近20台设备成功应用于国内的工业生产中，使用效果良好。 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。
电渣重熔原理
2 电渣重熔原理 2.1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分就是熔池。金属从熔池上方进入渣池,然后被加热、熔化、精炼与过热,并且承受振动、搅拌与电化学作用。因此,形成渣池并使其保持在合适的条件下,显然就是很重要的。渣有如下几方面的作用。 (1)发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生,也就就是通常的电阻发热定律。因此,应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0、2、0、ssl-cm ,熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。显然,在该温度下,渣既要呈液态,又要稳定,所以重熔电流、电压、渣池深度与渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说就是熔剂 当金属电极进入到渣池中时,电极端部达到其熔化温度,就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时,熔化的金属在汇聚成熔滴的同时,暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此,渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质,为此,在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣就是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位就是电极端部渣／金界面,这里金属膜条件对于快速反应就是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说,起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化与凝固,被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化,而这种氧化在常规工艺中就是不可避免的。另一方面,由于熔渣可以传递反应物质,如氧与水蒸气,所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下,那么熔渣与结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用,金属锭在衬里形成并凝固,至少在稳定操作条件下,渣壳起着上述作用。在环形结晶器(短模)情况下,锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用,渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下,它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点,一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率就是其成分的函数,只要不就是明确地影响化学要求,可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生,又保证反应物留在渣里;对于硫,其反应产物应能排到大气中去。另外,渣应能抑制不希望反应的发生,因为这些反应会造成微量元素的损失,这一点也非常重要。渣的黏度(其值一般在毫帕秒范围内)影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间与熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小,这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 2、2 渣成分与渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙(Ca凡)、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1203)、二氧化硅(Siq)为主,其她元素可少量存在,如二氧化钛M OZ)或氟化镁
电渣重熔过程中氧的控制
电渣重熔过程中氧的控制 电渣重熔作为一种精炼手段在生产优质钢的方面具有独特的优点，它的优点之一就是能够有效的去除钢中的非金属夹杂物。实践表明，在重熔过程中，自耗电极中的原始夹杂可以去除，重熔钢中的夹杂主要是金属熔池冷却结晶过程中新生成的。由于非金属夹杂物的存在，严重的影响了钢的强度、塑性等力学性能。大量实践表明，钢中的氧化物夹杂与氧含量有着直接的关系（如图），氧化和还原是化学反应的两个方面，一个元素被氧化，必然伴随着一个元素的还原，在重熔过程中，钢中活泼元素如Al、Ti、Ce、B等，经常会因为氧化而损失。如何防止活泼元素的氧化，是电渣重熔的重要冶金问题之一。 一、电渣过程中氧的来源 电渣重熔过程中氧通过下述途径进入熔渣及钢液[1]： （1）原始电极钢中溶解的氧及电极中不稳定的氧化物在高温时分解放出的氧
（2）电极表面生成的氧化铁皮随电极的重熔带入渣中的氧 （3）氧直接从大气中通过渣池转移到金属熔池 （4）渣中不稳定氧化物带入金属熔池中的氧 二、熔渣的传氧 实践表明，当原始电极中的氧含量较低时，电渣冶金实际是一个增氧过程，增氧的程度与渣系的选择密切相关。W.W.Holzgruber等人通过对惰性气体保护下用不同氧分压及不同渣系分别重熔304不锈钢的含氧对比试验的结果进行分析后得出结论，大气中的氧能透过渣层进入金属中，其氧含量随大气中氧分压的增加而增加，另外不同的渣对氧有不同的透气性，并且其透气性与渣的稳定性相一致，即在惰性气氛下重熔时，钢中氧含量高的渣，其透气性也高。 许多实验已证明，由稳定性低的氧化物所组成的渣重熔的钢含氧量高；而由稳定性高的氧化物所组成的渣重熔的钢含氧量低。熔渣的传氧方式主要由渣中不稳定的变价氧化物传递，如Fe、Ti、Mn 、Cr 等低价氧化物，在渣池表面吸收大气中的氧，形成高价氧化物。这些元素的高价氧化物在渣池和金属熔池界面放出氧，变成低价氧化物，氧从而进入钢中，这一反应是一个循环过程。以Fe的氧化物为例，其全部化学反应如下： 2（FeO）+1/2 O2→(Fe2O3) (Fe2O3)+[Fe]→3(FeO) (FeO)→[Fe]+[O]
2013年3月9日金属材料国内外进展状况
战略性新兴产业-新材料领域 金属专题材料的国内外总体发展情况目前我国正处于国民经济建设转型期，随着经济增长方式的转变和产业结构调整，重点推动节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个战略性新兴产业快速发展。这些新型产业的发展对金属材料设计、强韧化和长寿化机理、制备工艺和服役行为等提出了更高的要求。 本课题为金属材料组，我国的七个战略性新兴产业中使用到的金属材料包括：钢铁材料及有色金属材料，主要为高端装备制造、新能源等产业提供基础材料。 1．本专题材料的国外总体发展情况 （1）本专题材料的国外发展现状 高端装备制造主要包括航空产业、卫星及应用产业、轨道交通装备业、海洋工程装备以及智能制造装备五个细分领域。 航空产业、卫星及应用产业主要以有色金属为主，由于有色金属新材料在发展高技术、改造和升级传统产业以及增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，世界各先进国家都非常重视材料的研究发展及产业化技术开发工作。随着我国等发展中国家制造业的兴起，低端有色金属材料的生产加工正逐步转向发展中国家，但日本、美国、德国、俄罗斯等发达国家在新型有色金属材料领域仍然保持着技术资本的领先优势，一些关系到高技术工业的高性能有色金属结构和功能材料一直占据着垄断地位。美铝、德铝、法铝等世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域占据世界主导地位，是全球航空航天、交通运输等领域轻质高强材料的供应主体；全球钛加工企业经过联合和兼并，已向着集团化、国际化的方向迈进了一步，形成了美、日、独联体三足鼎立的局面。美国的Timet、RMI 和Allegen Teledyne等三大钛生产企业的总产量占美国钛加工总量的90%，它们也是世界航空级钛材的主要供应商。日本的三菱、古河以及美国的奥林等企业则主导着全球高强高导铜合金市场，凭借技术先导优势赢得了高额利润和竞争优势。
电渣重熔的发展及其趋势
电渣重熔的发展及其趋势 李孝根 内蒙古科技大学材料与冶金学院09冶金2班 0961102226 摘要：简要地回顾了电渣重熔工艺在近几十年的发展与创新。对电渣重熔技术发展过程中的一些重要工艺，如快速重熔、保护气氛下的电渣重熔等进行了简单的描述。这些技术在改善传统电渣冶金工艺局限性的同时，进一步发挥了电渣重熔的优越性，使电渣重熔显示了更宽广的应用前景。并简要地讨论了电渣重熔工艺在21世纪的发展趋势。 关键词：电渣重熔导电结晶器电渣快速重熔保护气氛下的电渣重熔 Development and Tendency of Electroslag Remelting Abstract ：The development and achievement of technology of Electroslag Remelting (ESR) in near decades has been reviewed briefly in this text. Some important technologies in the evolution of ESR， such as Electroslag Rapid Remeltiong (ESRR) ，Electroslag Remelting under gases ， etc. were introduced briefly . With the development of these techniques， which avoid some disadvantages existing in the traditiongal ESR， the ESR is entitled to wider range application. And the development trend of the technology of ESR in the 21th century is discussed. Key Words ： ESR ，Current conductive mold(CCM) ，ESRR ，ESR under gases 前言 电渣重熔是一种在世界范围内广泛应用于优质钢生产的重熔工艺。在它应用于生产实践的几十年中证明了它在生产高品质精细钢中的重要性。在早期阶段，该工艺能有效地脱氧脱硫，再加上控制凝固的作用，使非金属夹杂物的分布特性大为改善。随着电渣重熔技术的发展和应用，冶金工作者开始认识到，电渣重熔工艺的最重要的特性是可以控制凝固，并能通过控制熔化速率来改善重熔钢锭的宏观和微观组织，而这一点是其他二次精炼技术所无法实现的。 当前，随着市场对高品质精细钢材的需求不断增加，电渣重熔工艺更广泛应用在生产实践中，其技术得到了更大的创新和发展，工艺也日渐成熟。作为一种特殊的二次精炼技术，在新的世纪中必将得到更大的发展。目前，电渣重熔已从
电渣重熔学习
上海白鶴華新麗華特殊鋼製品有限公司 技術科 2006-8-3
前言 電渣冶煉技術在特種冶煉領域有著重要的地位﹐它以較低的成本和簡單易行的操作方式贏得了廣大特種冶煉鑄造廠家的喜愛﹐特別是最近幾年來﹐隨著科技﹑國防高新技術領域的發展﹐對高品質鋼材的需求量越來越大﹐電渣重熔技術逐步受到了各個行業的青睞﹒ 本手冊僅供我司新進參考閱讀﹐由於時間倉促﹐個人水準有限﹐難免有許多不足和缺憾﹐希望讀者多提寶貴意見﹐以便進一步完善修正﹒
一﹑電渣重熔技術概述 1﹑電渣重熔的基本原理 ○1電極，○2渣池，○3金屬液滴，○4金屬渣池，○5渣皮，○6鋼錠，○7結晶器，○8底 12結晶器台車。 10短網，○11變壓器﹐○ 水箱，○9夾頭，○ 定義：把常規方法(電弧冶煉、感應爐冶煉)煉製的鋼材，在水冷結晶器中進行二次精煉的一種工藝。 基本原理：通過渣阻產生的熱能熔化電極，熔滴通過渣池到金屬熔池﹐通過水冷結晶器結晶的過程。 2﹑電渣重熔的特點 電渣重熔過程中，自耗電極熔化，形成熔滴，在渣中過渡，液態金屬與熔渣進行充分的冶金物化反應，主要功能是去夾雜、夾渣，在底部水冷和渣池的保溫條件下，快速軸向凝固結晶。 （1）鋼渣之間充分的物化反應，提高了鋼液的純淨度； （2）鋼錠軸向性，結晶組織發展提高鋼的緻密性和組織成分的均勻性；（3）渣皮保護，鋼錠表面品質良好； （4）設備簡單操作方便。 3﹑電渣爐的地熱源及熱分佈 3.1、電渣熱源 （1）電弧爐：熱源為弧光熱； （2）感應爐：又叫中頻爐，電流頻率在2000Hz，熱源為渦流自感熱；
（3）真空電弧爐：熱源為弧光熱； （4）真空感應爐：熱源為渦流自感熱； （5）電渣爐：熱源為渣阻熱。 3.2、電阻熱 Q=0.24I2Rt=0.24UIt（卡）， Q—渣熱，單位卡， I—電流，單位A， R—熔渣電阻，單位Ω， U—熔渣電壓，單位V， T—重熔時間，單位S。 因為電渣重熔過程中，渣系大多為三/七渣系，其電阻率基本固定，其熔化速率可調因素是電流，因此電渣重熔的過程主要是控流的過程。 4﹑電渣爐的熱分佈 4.1、熱能分佈圖 ?1電極帶入金屬熔池的熱，為有效熱源； ?2渣料傳給結晶器的熱量，為無效熱能； ?3鋼錠傳給結晶器的熱量，為無效熱能； ?4鑄錠儲熱，對鋼錠凝結不利的熱能； ?5底水箱帶走的熱能，為無效熱能； ?6、7渣池輻射給大氣和上部結晶器的熱能； ?8輻射給自耗電極的熱能，為有效熱能，預熱電極。 4.2、充填比對電耗的影響 以同一電渣爐，同一結晶器（Φ300mm）為准：
电渣重熔原理
２电渣重熔原理 ２.1 渣池 电渣重熔工艺得核心部分就是熔池。金属从熔池上方进入渣池,然后被加热、熔化、精炼与过热,并且承受振动、搅拌与电化学作用。因此,形成渣池并使其保持在合适得条件下,显然就是很重要得。渣有如下几方面得作用、 (1)发热元件得作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生,也就就是通常得电阻发热定律。因此,应该确保渣阻与供给功率得电压、电流之间得正确平衡。所用得大多数渣得电阻率在熔炼温度下为0、2。0。ssl-ｃｍ,熔炼温度通常比金属熔化温度高200 －—30０１C、显然,在该温度下,渣既要呈液态,又要稳定,所以重熔电流、电压、渣池深度与渣电阻率之间得关系很复杂。好得电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。(2)熔渣对于非金属材料来说就是熔剂 当金属电极进入到渣池中时,电极端部达到其熔化温度,就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时,熔化得金属在汇聚成熔滴得同时,暴露得非金属夹杂将溶解在渣里。因此,渣得成分必须能溶解杂质而又不影响其性质,为此,在重熔时必须采取连续调整渣成分得步骤。 (3)渣就是电渣重熔工艺得精炼剂 重熔过程中得化学反应主要部位就是电极端部渣/金界面,这里金属膜条件对于快速反应就是最理想得。 (４)涟起保护金属免受污染得作用 渣对于反应成分来说,起着传递介质得作用、由于金属在渣下熔化与凝固,被熔化得金属绝不会与大气接触而被直接氧化,而这种氧化在常规工艺中就是不可避免得。另一方面,由于熔渣可以传递反应物质,如氧与水蒸气,所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下,那么熔渣与结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬得作用,金属锭在衬里形成并凝固,至少在稳定操作条件下,渣壳起着上述作用、在环形结晶器(短模)情况下,锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用,渣必须具有某些相当明确得性质、一般情况下,它得熔化温度应在被熔化金属得熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点,一般约高200 -—３０0℃。渣得电阻率就是其成分得函数,只要不就是明确地影响化学要求,可在一定界限内调整。渣得成分应该既保证所希望得化学反应能快速发生,又保证反应物留在渣里;对于硫,其反应产物应能排到大气中去。另外,渣应能抑制不希望反应得发生,因为这些反应会造成微量元素得损失,这一点也非常重要。渣得黏度(其值一般在毫帕秒范围内)影响熔滴在渣中得停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等、渣与金属得密度差也同样影响熔滴停留时间与熔滴大小。渣与金属间得表面张力应该比较小,这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属得分离且增加夹渣危险、表面张力也影响杂质溶解机理。 2、2 渣成分与渣组成 电渣重熔渣得成分通常以氟化钙(Ｃa凡)、氧化钙(CaＯ) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1２0３)、二氧化硅(Sｉq)为主,其她元素可少量存在,如二氧化钛M OＺ)或氟化镁(MgF2 )。本书采用将Ｃa凡先列出来,在它得质量分数之后加上“F’’。
电渣重熔ESR
电渣重熔（ESR） 早在20世纪30年代，ESR就已为人所知，但是它作为公认的大批量生产高质量钢锭的工艺，却经过了约30年的时间。ESR技术的优势不仅在于生产较小重量的工具钢和高温合金的钢锭，而且在于生产重型锻锭，粗锭重量可达165吨。 大视图 大视图 大视图 1. 16吨PESR炉，最大压力16 bar， 2. 20吨ESR炉，能够在保护气氛中进行熔炼， 3. 165吨ESR炉 工艺技术和工艺特点 VAR需要真空进行精炼，但在ESR中，熔化电极浸在水冷铸模的渣池中。电流（通常为AC）通过电极和即将成型的钢锭之间的熔渣并加热熔渣，从而金属滴在电极上熔化。熔化的金属滴穿过熔渣到达水冷铸模的底部，在这儿进行凝固。当钢锭形成后，渣池向上移动。新的精炼材料钢锭在铸模底部慢慢形成。它均匀定向地凝固，避免了中心凝固不佳，这在传统的钢锭铸造中时有发生，因为它们从外向内凝固。 一般来说，ESR提供了非常高的、一致的和可预测的产品质量。精确控制的凝固过程，使结构完整，无缺陷。由于在钢锭和铸模壁之间形成了一层凝固的波薄渣皮，从而提高了钢锭表面的质量。这就是ESR被认为是生产当今工业中的高性能高温合金的首选方法的原因，例如用于航空航天、核工和和重型锻造等。所得到的都为高纯度的钢锭，这在若干年前还未听过。其它工程领域也以“高技术”先驱为榜样，坚持利用最先进和最复杂的设备通过ESR 得到更新更高的纯度。 电渣重熔冶金 由于过热熔渣与电极端部持续接触，将在电极端部形成一层金属液膜。当正在形成的金属液穿过熔渣，利用与熔渣的化学反应或通过物理浮动至熔池顶部将清除金属内的非金属杂质使金属得到净化。在ESR中的剩余夹杂物尺寸很小，并且均匀的分布在重熔钢锭上。 用于ESR的熔渣通常主要为氟化钙（CaF2）、氧化钙（CaO）和三氧化二铝（Al2O3）。有时需加入氧化镁（MgO）、二氧化钛（TiO2）和二氧化硅（SiO2），这取决于将要重熔的合金。为了具有所需要的功能，熔渣必须具有精确定义的属性，比如： ? 它的熔点必须高于重熔的金属的熔点； ? 必须有效节约电能； ? 它的组成必须保证能够进行所需的化学反应；