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  ESRtechniquesandtheoreticalknowledge

  电渣冶金起源于美国,一九四〇年霍普金斯取得了发明专利。一九五八年,苏联德聂泊尔特钢厂工业电渣炉建成,现代电渣冶金开始步入工业化进程。六十年代中期,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、银等有色金属合金。我国是世界上电渣冶金起步较早的国家之一,一九六〇年,重庆特殊钢厂、大冶特殊钢厂,大连钢厂及上钢五厂的电渣炉先后建成投产。紧随其后齐齐哈尔钢厂、抚顺钢厂等工业电渣炉相继建成投产。五十多年来,我国电渣冶金从始至终保持着旺盛的发展的新趋势。随着我们国家科学技术突飞猛进的发展,航天航海、汽车制造、石油化学工业、电站建设、、机械制造等诸多行业,以及军工事业的发展、列车提速等许多领域越来越发

  挥着电渣钢的作用。目前最大的一座是原上海重型机器厂电渣炉,重熔钢锭重达200t,现在又筹建450t大型电渣炉。2009年,我国电渣重熔钢生产能力已超过170万t。50多年来国内外电渣冶金取得了突飞猛进的发展,新工艺、新技术层出不穷,形成了一个跨专业、跨行业的新学科。

  转炉,电弧炉,电渣重熔炉,真空感应炉,真空自耗炉(电弧重熔炉),电子束重熔炉(EBR)等。电渣重熔是一种炼钢方法,而不是炉外精炼。

  :普通电渣重熔炉,电渣熔铸炉,加压电渣炉,保护气氛(可控气氛)电渣炉,连铸式电渣炉,电渣离心浇注炉,电渣热封顶等。

  可控气氛电渣重熔技术。电渣重熔通常在大气下进行,重熔合金中的氧含量,取决于主要脱氧元素的浓度和该脱氧元素的氧化物在渣中的活度。此外,渣池上的氧分压或多或少也会产生一定的影响。过去一般会用往渣池中加入脱氧剂的方法对熔渣连续脱氧,但是这会导致熔渣成分的改变。随着钢种的发展和质量发展要求的逐步的提升,出现了不同气氛的电渣重熔技术。目前,可控气氛电渣炉主要有几种形式:惰性气体保护,其最大的目的是防止重熔过程钢中活泼金属被氧化,主要是采用氩气保护或氮气保护;干燥空气保护电渣炉,适合于重熔对氢比较敏感的钢种,特别是大型钢锭。

  新型保护性气氛电渣炉使用的是气密型惰性气体保护罩,从电极料杆到结晶器上口用一个完全致密的不锈钢金属罩封闭,密封效果很好。惰性气体可以在气密罩内积蓄并形成一定的压力,既防止重熔过程中电渣钢增氢,也防止大气对金属电极和渣池的氧化。同时,电渣锭头尾的化学成分均匀性,也大大优于普通电渣炉生产的电渣

  高效节能电渣连铸设备。传统电渣重熔采用一次重熔一个钢锭的间歇式生产方式,生产效率低,且钢锭在后步锻造或初轧开坯过程中钢锭头尾去除量较大,钢的成材率低。另外,传统电渣重熔电极的熔化速度受到很大的限制,生产所带来的成本较高。为此,奥地利因泰克公司开发了快速电渣技术,铸坯的表面上的质量和内部质量良好。自2002年起,我国也进行了电渣连铸技术的开发研究,采用双极串联、交换电极、液面检测与控制、连续拉坯及在线切割等技术。

  电渣热封顶的设备是普通的电渣炉。将常规冶炼的钢水浇入钢锭模后,在锭模上方安装特制的冒口,加入渣料,插入电极即可开始电渣加热保温过程。冶金效果可归纳为三点:(1)节约金属,提高金属收得率。因使钢锭或铸件在凝固过程中的收缩不断得到补充,消除了中心疏松

  和缩孔缺陷,减少了废品率。同时由于保证了冒口最后凝固,能减小冒口的体积,减少了金属消耗。例如浇铸9t重的涡轮机叶片,采用电渣热封顶技术能使冒口金属消耗减少88%。(2)提高钢锭中心化学成分的均匀性和钢的纯净度。由于钢锭顶部存在热源,避免了普通钢锭凝固过程出现的“结晶雨”现象,消除了钢锭下部的负偏析锥。当在电渣热封顶过程中采用金属自耗电极时,电极熔化的金属不断进入钢锭中心的液相区,使由于选分结晶造成的中心溶质元素富集得到稀释,钢锭的中心偏析减轻。富集到钢锭中心的非金属夹杂物,随金属液流动与钢锭顶部的高温渣池接触,进行反应进入渣池,从而又减少了钢锭中的非金属夹杂物。(3)改善了钢锭中心的凝固质量。由于钢锭顶部存在高温热源,同时熔化电极的金属熔滴也从上到下向钢锭中的液体传热,改变了钢锭凝固时的热状态,使钢锭实现了从下到上的定向凝固。另外热状态的改变,也影响了金属的结晶速度和凝固前沿的温度梯度,使之与普通钢锭相比晶粒尺寸减小,凝固组织致密。通过改变电渣热封顶的工艺参数,控制向钢锭的输入功率,可以改变

  尤其在高速钢冶炼上,为了使高速工具钢在电渣重熔时内部质量均匀,尤其是微细碳化物的分布,电渣重熔钢锭的断面必须小,因此一般都会采用结晶器固定式熔炼。但这种方式操作周期长,生产率很低。为了长时间连续熔炼,采用钢锭下拉方式,装备有两个交替使用的重熔电极支臂、钢锭下拉装置、切断装置、运输台车、液面监控设备和防止结晶器熔损的结晶器移动装置。

  采用这种新的电渣重熔技术,能轻松实现小断面钢锭的长时间稳定熔炼,能改善钢材的质量,生产率可提高50%左右,钢锭成品率提高了5%以上。

  双极串联供电,能够大大减少回路感应,提高电功率因数;采用三相电源,有利于外网电压平衡;用小截面电极重熔大钢锭,有利于控制电极成分偏析;采用抽锭操作,能用短结晶器重熔长的钢锭。

  分成以下几个部分:电源变压器;电极升降机构;电气控制及测量仪表;结晶器和底水箱;电极。

  高压电器控制采用真空开关柜,具有齐全的电压、电流、功率及电度的检测计量及继电保护,设置氧化锌避雷

  电渣炉变压器能是单相变压器,也可是三相变压器。目前最小吨位的电渣炉多采用单相变压器,大吨位的电渣炉多采用三相变压器。无论单相或三相变压器的电力曲线都应是硬特性的,即在冶炼过程中变压器输出电压不随冶炼电流而变化。变压器的容量大小,主要视重熔钢锭的截面积(即结晶器的横截面积)而定。

  从变压器的冷却方式上,由原来的强制油循环冷却,发展为干式风冷。随着铁芯材料的品质的提高,变压器发热

  的现象明显减弱,自冷式变压器将成为电渣炉用变压器的发展趋势。西安变压器厂为山东一企业制造的40t电渣炉用6000KVA大型变压器就是采用自行冷却方式冷却的。其主要缺点是为了增大散热面积,变压器的体积较大。

  对于变压器的安装的地方,在保证安全的条件下应尽可能离电渣炉近一些,以缩短导线,减少网络感抗及电压降。

  目前的发展,在传动机构方面:已由滚珠丝杠、精密球型丝杠及液压传动取代了钢丝绳及梯型丝杠,使支臂及托锭承重小车的升降灵活性更好、平稳、准确。另外,立柱旋转取代了支臂旋转,不仅解决了支臂旋转巨大的齿轮制造及安装方面的困难,而且减少了零部件重量,所占空间及造价,转动灵活性更好,设备外观给人以简洁明快之感。