電渣冶金屬于冶金專業(yè)

1、電渣冶金技術(shù)電渣冶金屬于冶金專業(yè)，特種熔煉學(xué)科，重熔精煉分支，是金屬及其合金的一種特殊熔煉方法。自耗 電極、渣池、金屬熔池、電渣錠、底水箱、短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器之間形成電回路。強(qiáng)電流通過(guò)液態(tài)渣池區(qū)域 產(chǎn)生電阻熱將固態(tài)渣熔化成液態(tài)熔渣，自耗電極（或液態(tài)金屬）通過(guò)高溫熔渣逐漸熔化，熔化的金屬匯集成 滴，穿過(guò)高溫渣層，由于鋼渣界面的電毛細(xì)振蕩作用，熔滴受到渣洗，使金屬得到電渣的精煉。精煉后的 金屬在液渣的保護(hù)下，在水冷結(jié)晶器內(nèi)凝固成型并形成順序結(jié)晶。這項(xiàng)技術(shù)把冶煉、精煉過(guò)程和可控凝固 結(jié)合起來(lái)，為提高金屬液的凈化程度，改善鋼錠的凝固提供了良好的條件，能有效地解決當(dāng)代冶金質(zhì)量上 純度和結(jié)晶這兩大關(guān)鍵問(wèn)題，

2、成為生產(chǎn)現(xiàn)代尖端產(chǎn)品所需要的高質(zhì)量金屬材料的先進(jìn)冶金方法。它是目前 所有的冶金工藝中唯一具有集上述功能于一體的工藝和設(shè)備，其工藝和設(shè)備之簡(jiǎn)單是現(xiàn)代其他各種煉鋼方 法所不及的。電渣冶金技術(shù)主要包括自耗電極電渣重熔和液態(tài)金屬的電渣冶煉與澆注。自耗電極電渣重熔包括：1）電渣重熔，其中又有三相電渣重熔、雙極串聯(lián)電渣重熔、雙臂交替電渣重熔、 多極（4極或6極）電渣重熔、低頻電渣重熔等；2）電渣熔鑄；3）電渣熔焊；4）快速電渣重熔；5）真空電渣 重熔；6）氬氣保護(hù)電渣重熔；7）高壓電渣重熔；8）氬氣保護(hù)快速電渣重熔；9）電渣連鑄；10）電弧電渣重熔。 其中1）到3）是第一代電渣冶金技術(shù)，4）到10）是第二

3、代電渣冶金技術(shù)。液態(tài)金屬的電渣冶煉與澆注包括：1）單電極爐底導(dǎo)電有襯電渣爐冶煉；2）單相雙自耗極串聯(lián)有襯電渣爐 冶煉；3）三相有襯電渣爐冶煉；4）水平電渣澆注；5）電渣離心澆注；6）感應(yīng)電渣冶煉；7）感應(yīng)電渣離心澆 鑄；8）直流電弧電渣鋼包爐；9）電渣補(bǔ)縮；10）電渣中間包加熱；11）電渣分批（多爐次）澆鑄大鋼錠；12） 電渣轉(zhuǎn)注，經(jīng)中注管、湯道系統(tǒng)，將液態(tài)金屬下注至水冷結(jié)晶器凝固成錠；13）電渣澆鑄雙金屬軋輥；14） 電渣澆鑄空心錠；15）電渣澆鑄實(shí)心錠。其中1）到12）是第一代電渣冶金技術(shù)，13）到15）是第二代電 渣冶金技術(shù)。第一代電渣冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足優(yōu)點(diǎn)：（1）渣鋼作用充分；（2）

4、無(wú)耐火材料污染；（3）水冷快速凝固，均勻性和致密度高；（4）金屬收得率 高。第一代電渣重熔大型錠主要技術(shù)成果有：（1）大型錠成分均勻性控制技術(shù)；（2）大功率，快熔速、高冷卻 和強(qiáng)氧化工藝；（3）w（H） 2X10-6低氫控制技術(shù)；（4）w（Al）W0.010%的低鋁控制技術(shù)。其中在電渣重熔 技術(shù)方面，最突出的是大型錠電渣重熔技術(shù)的發(fā)展。不足：（1）大氣下熔煉；（2 ）效率低；（3）能耗高，需制備自耗電極也增加了能耗；（4）電渣重熔速度高和 電渣澆鑄時(shí)，金屬熔池深，體積大，電渣過(guò)程的優(yōu)越性降低。第二代電渣冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）與現(xiàn)代高爐一轉(zhuǎn)爐和電弧爐流程一樣，產(chǎn)品是鋼坯，取消了開坯工藝；（2）隔

5、絕大氣；（3）計(jì)算機(jī)控制水平高；（4）電渣澆鑄時(shí)，金屬過(guò)熱度低，鑄造速度快，時(shí)間短，能耗低。電渣重熔的優(yōu)越性和不足之處多年來(lái)電渣冶金工作者做了全面、系統(tǒng)的研究，一致認(rèn)為電渣重熔設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、鑄錠表面光潔、 熱塑性好、成材率高、具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。電渣重熔以其特殊的工藝過(guò)程和熔煉結(jié)晶方式具有其它生產(chǎn)工 藝所不能替代的優(yōu)越性，因而得到冶金工作者的廣泛重視。它的優(yōu)越性具體概括如下：（1）細(xì)化晶粒由于結(jié)晶器及水冷底板的強(qiáng)冷卻作用，熔煉過(guò)程中，晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，在鋼錠內(nèi)部呈細(xì)小均勻分布， 起到改善鋼錠內(nèi)部組織的作用。（2）減少鋼中非金屬雜質(zhì)及夾雜在重熔過(guò)程中金屬液滴是一滴一滴通過(guò)一定厚度的熔渣層，與呈

6、鏡面 的金屬液相比，金屬液滴的比表面（單位重量占表面積）要大幾百倍，增加了鋼渣界面積，熔渣吸附金屬 中的非金屬雜質(zhì)和夾雜的能力大大增加，同時(shí)鋼中的雜質(zhì)在通過(guò)渣層的過(guò)程中，按分配定律重新分配，使 得鋼液中雜質(zhì)的濃度降低，起到渣洗的作用。（3）改善鋼的熱加工性能由于電渣重熔后，鋼錠晶粒變得細(xì)小均勻，鋼錠的組織變得致密，鋼錠表面光潔，同時(shí)鋼中雜質(zhì)減少, 在熱加工過(guò)程中應(yīng)力集中和裂紋源大大減少，因此鍛造過(guò)程中易產(chǎn)生的裂紋和開裂可以避免，由此可以提 高鋼錠的加工成材率。過(guò)程可控性好對(duì)產(chǎn)品的化學(xué)成分、夾雜物性質(zhì)及形態(tài)、結(jié)晶方向、枝晶間距、顯微偏析、碳化物顆粒度等均可以不 同程度予以控制，可控制參量少，外圍

7、檢測(cè)準(zhǔn)確，便于實(shí)現(xiàn)微機(jī)閉環(huán)控制。減少組織的宏觀偏析和微觀偏析?？煽刂浦厝蹥夥眨瑴p少氧、氮、氫的侵入。改善工具鋼和模具鋼中碳化物分布。可以生產(chǎn)超大型鋼錠。從以上可以看出電渣重熔技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著不可取代的重要性。在現(xiàn)代工業(yè)材質(zhì)生產(chǎn)中，電 渣重熔的優(yōu)點(diǎn)得到了充分的發(fā)揮和利用。但是電渣重熔的不足之處也是十分明顯的。概括如下：靈活性不足。電渣重熔只能將成分一定的鋼材重熔，不能改變鋼材的成分。生產(chǎn)成本高。電渣重熔過(guò)程中，電耗非常大，又由于是二次精煉，大大增加了鋼材的生產(chǎn)成本。氟的污染。電渣渣料中含較多的CaFz，會(huì)逸出HF、S iF4、SF6等有害氣體，危害工人健康，造 成環(huán)境污染。批量少，管理不

8、便。電渣重熔一爐一個(gè)鋼錠，批量小，檢驗(yàn)量大，不便管理。液態(tài)金屬電渣澆注法是在電渣重熔基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一個(gè)分支。它兼有電渣重熔、合成渣洗，液渣保 護(hù)澆注和電渣加熱補(bǔ)縮的綜合優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)工藝的基本原理是:將液態(tài)金屬直接注入加熱的精煉渣中，在進(jìn)行 液態(tài)金屬直接精煉時(shí)，用石墨電極或水冷非自耗電極來(lái)保持渣池溫度。然后，將液態(tài)金屬按一定速度注入 水冷結(jié)晶器內(nèi)，渣池溫度及鋼錠成形條件是分別進(jìn)行控制的。電渣澆注把合成渣洗、液渣保護(hù)和電渣精煉 三者結(jié)合在一起，兼有三者的特點(diǎn)。目前電渣澆注有以下4種基本形式：第一是使用空心石墨電極電渣澆注法，該方法是在置于水冷銅制底座上的水冷結(jié)晶器中，液態(tài)鋼從澆 包通過(guò)空心石墨電極

9、澆入預(yù)先過(guò)熱到17001850C的渣中。隨著結(jié)晶器則充滿程度升高電極，但其末端一 直以固定深度插在渣中，以保持對(duì)渣池的加熱。第二種是使用自耗金屬電極通過(guò)中間槽的電渣澆注方法，該方法是把鋼水先澆到中間槽，自耗電極在 結(jié)晶器內(nèi)是以偏心的形式插入結(jié)晶器內(nèi)對(duì)爐渣進(jìn)行加熱，鋼水通過(guò)中間槽澆到盛有過(guò)熱爐渣的結(jié)晶器內(nèi)。第三種方法是雙電極加熱澆注法，該方法是將雙極串聯(lián)非自耗石墨電極插入較短的水冷結(jié)晶器內(nèi)對(duì)渣 池進(jìn)行熔化和加熱，該結(jié)晶器裝有帶保溫帽的普通鑄錠錠模，液體金屬通過(guò)2根石墨電極之間注入。第四種方法是分批澆注法，該方法是為了制取大型鍛造鋼錠而研發(fā)的，這種鋼錠具有高度的物理、化 學(xué)均勻性，硫和非金屬夾雜物

10、等有害元素含量低，沒(méi)有粗大的偏析，特別是沒(méi)有V偏析，軸外偏柝(胡子偏 析)，中心疏松及鋼錠頭部縮孔等缺陷，整個(gè)鋼錠致密而均質(zhì)，鋼錠的結(jié)晶均按徑一軸向延伸，從而保證由 液體金屬至鍛件的整個(gè)過(guò)程可用量不低于90%，是具有較高的過(guò)程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)質(zhì)鋼錠。新型第二代液態(tài)金屬電渣澆注的優(yōu)點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益金屬的收得率高，質(zhì)量好新型液態(tài)電渣澆注工藝的優(yōu)點(diǎn)首先是鋼錠質(zhì)量?jī)?yōu)于普通澆注鋼，接近或達(dá)到電渣重熔鋼。由于電渣澆 注改善了錠子的表面質(zhì)量，提高性能，獲得無(wú)縮孔鋼錠，因而在鑄錠的頂部不會(huì)產(chǎn)生普通鑄錠經(jīng)常存在的 那些缺陷，從而使鋼錠的收得率提高10%15%，此外，液態(tài)金屬電渣澆注無(wú)普通澆注鋼的湯道系統(tǒng)，所澆 注的錠子

11、沒(méi)有普通鋼錠那樣的大量切頭，鍛件和軋材的重量可達(dá)注入鑄模金屬重量的90%95%。并且采用 液態(tài)電渣澆注工藝比電渣熔鑄法可降低消耗25%30%，除補(bǔ)償電渣澆注費(fèi)用外尚有剩余，甚至低于普通澆 注鋼的成本，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到明顯提高。此外，液態(tài)金屬電渣澆注無(wú)需制造自耗電極，節(jié)省了制造自耗 電極時(shí)的澆注湯道系統(tǒng)，無(wú)耐火材料消耗，因此，金屬收得率高?？梢詫?shí)現(xiàn)用小容量設(shè)備制造大型鋼錠采用新型液態(tài)電渣澆注工藝便于多爐連澆，可以用小容量設(shè)備制造大型鋼錠。如采用容量為550t的 一座或兩座煉鋼爐澆鑄重量150250t的大型鑄件。該方法還可以很方便地得到各種截面形狀的鑄錠。電耗低電渣澆注的電耗很低，約為400500

12、kW h/t鋼，僅為電渣重容的1/31/4。隨著鑄錠重量的增加， 這一優(yōu)點(diǎn)將愈加明顯。經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的明顯提高，將賦予電渣澆注工藝強(qiáng)大的生命力。生產(chǎn)效率高液態(tài)電渣澆注工藝由于液態(tài)金屬在澆注前采用爐外精煉預(yù)處理，且所輸入渣池的功率以及注入液態(tài)金 屬的數(shù)量都能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)調(diào)整，所以很容易得到最佳的熱力學(xué)工況，精煉反應(yīng)可以迅速而充分地進(jìn) 行。當(dāng)所澆入電渣結(jié)晶器內(nèi)的鋼液在穿過(guò)液態(tài)渣池時(shí)，熔渣僅通過(guò)電毛細(xì)震蕩作用對(duì)鋼液起到一定的合成 渣洗和二次精煉，無(wú)需像電渣熔鑄工藝那樣對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行熔化精煉，從而可以極大地提高金屬澆入結(jié)晶器內(nèi)的速度，使生產(chǎn)效率得到大幅度的提高。液態(tài)金屬電渣澆 注工藝的生產(chǎn)效率可達(dá)3

13、.56.5t/h，可以比傳統(tǒng)的電渣重熔工藝提高35倍。生產(chǎn)靈活性大由于可采用多熔位電渣澆注，且所澆注的鋼錠既可以是同一規(guī)格，亦可以是不同的規(guī)格，從而提高電 渣爐的有效利用率和生產(chǎn)的靈活性，可以根據(jù)錠型的不同合理安排生產(chǎn)?？梢杂萌嘧儔浩饔萌嘧儔浩鞔婺壳八鶑V泛應(yīng)用的單相變壓器，既可以保證網(wǎng)路電網(wǎng)的平衡，又可以進(jìn)一步降低電 耗。生產(chǎn)成本低液態(tài)電渣澆注的特征是沒(méi)有自耗電極，可以省去電極制備和電極焊接工序，節(jié)省了自耗電極焊接時(shí)大 量電焊條的消耗，進(jìn)一步節(jié)省了成本，從而大大地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。第二代電渣冶金的發(fā)展方向?yàn)榱思涌煳覈?guó)第二代電渣冶金技術(shù)的發(fā)展，建議開展以下幾方面的工作。液態(tài)金屬電渣澆注大型錠。一個(gè)國(guó)家大型鑄鍛件的自主化對(duì)大型設(shè)備制造和核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重 要的意義，也必將拉動(dòng)大型錠電渣冶金技術(shù)的發(fā)展。采用液態(tài)金屬電渣澆注大型錠具有重要意義，但目前 尚無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)，因此應(yīng)該十分重視有關(guān)理論和技術(shù)的研究，除對(duì)大型電渣錠重熔的共性技術(shù)研究以外，要 特別重視電器參數(shù)的設(shè)計(jì)與控制，大型錠的金屬凝固機(jī)理和控制技術(shù)的研究。開發(fā)液態(tài)電渣澆注高合金鋼電渣連鑄技術(shù)，采用高爐一轉(zhuǎn)爐和電弧爐冶煉鋼水，配合爐外精煉，以 進(jìn)一步提高優(yōu)質(zhì)合金鋼的質(zhì)量和成材率，提高生產(chǎn)效率，降低電渣連鑄能耗和成本。(3 )研究開發(fā)帶