1、電渣冶金技術電渣冶金屬于冶金專業(yè)，特種熔煉學科，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)導線和變壓器之間形成電回路。強電流通過液態(tài)渣池區(qū)域 產生電阻熱將固態(tài)渣熔化成液態(tài)熔渣，自耗電極（或液態(tài)金屬）通過高溫熔渣逐漸熔化，熔化的金屬匯集成 滴，穿過高溫渣層，由于鋼渣界面的電毛細振蕩作用，熔滴受到渣洗，使金屬得到電渣的精煉。精煉后的 金屬在液渣的保護下，在水冷結晶器內凝固成型并形成順序結晶。這項技術把冶煉、精煉過程和可控凝固 結合起來，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，能有效地解決當代冶金質量上 純度和結晶這兩大關鍵問題，

2、成為生產現(xiàn)代尖端產品所需要的高質量金屬材料的先進冶金方法。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備，其工藝和設備之簡單是現(xiàn)代其他各種煉鋼方 法所不及的。電渣冶金技術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）氬氣保護電渣重熔；7）高壓電渣重熔；8）氬氣保護快速電渣重熔；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，4）到10）是第二

3、代電渣冶金技術。液態(tài)金屬的電渣冶煉與澆注包括：1）單電極爐底導電有襯電渣爐冶煉；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）感應電渣冶煉；7）感應電渣離心澆 鑄；8）直流電弧電渣鋼包爐；9）電渣補縮；10）電渣中間包加熱；11）電渣分批（多爐次）澆鑄大鋼錠；12） 電渣轉注，經中注管、湯道系統(tǒng)，將液態(tài)金屬下注至水冷結晶器凝固成錠；13）電渣澆鑄雙金屬軋輥；14） 電渣澆鑄空心錠；15）電渣澆鑄實心錠。其中1）到12）是第一代電渣冶金技術，13）到15）是第二代電 渣冶金技術。第一代電渣冶金技術的優(yōu)點與不足優(yōu)點：（1）渣鋼作用充分；（2）

4、無耐火材料污染；（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成果有：（1）大型錠成分均勻性控制技術；（2）大功率，快熔速、高冷卻 和強氧化工藝；（3）w（H） 2X10-6低氫控制技術；（4）w（Al）W0.010%的低鋁控制技術。其中在電渣重熔 技術方面，最突出的是大型錠電渣重熔技術的發(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，金屬熔池深，體積大，電渣過程的優(yōu)越性降低。第二代電渣冶金技術的優(yōu)點：（1）與現(xiàn)代高爐一轉爐和電弧爐流程一樣，產品是鋼坯，取消了開坯工藝；（2）隔

5、絕大氣；（3）計算機控制水平高；（4）電渣澆鑄時，金屬過熱度低，鑄造速度快，時間短，能耗低。電渣重熔的優(yōu)越性和不足之處多年來電渣冶金工作者做了全面、系統(tǒng)的研究，一致認為電渣重熔設備簡單、操作方便、鑄錠表面光潔、 熱塑性好、成材率高、具有很強的競爭力。電渣重熔以其特殊的工藝過程和熔煉結晶方式具有其它生產工 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）細化晶粒由于結晶器及水冷底板的強冷卻作用，熔煉過程中，晶粒來不及長大，在鋼錠內部呈細小均勻分布， 起到改善鋼錠內部組織的作用。（2）減少鋼中非金屬雜質及夾雜在重熔過程中金屬液滴是一滴一滴通過一定厚度的熔渣層，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 中的非金屬雜質和夾雜的能力大大增加，同時鋼中的雜質在通過渣層的過程中，按分配定律重新分配，使 得鋼液中雜質的濃度降低，起到渣洗的作用。（3）改善鋼的熱加工性能由于電渣重熔后，鋼錠晶粒變得細小均勻，鋼錠的組織變得致密，鋼錠表面光潔，同時鋼中雜質減少, 在熱加工過程中應力集中和裂紋源大大減少，因此鍛造過程中易產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。過程可控性好對產品的化學成分、夾雜物性質及形態(tài)、結晶方向、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、檢測準確，便于實現(xiàn)微機閉環(huán)控制。減少組織的宏觀偏析和微觀偏析?？煽刂浦厝蹥夥?，減少氧、氮、氫的侵入。改善工具鋼和模具鋼中碳化物分布?？梢陨a超大型鋼錠。從以上可以看出電渣重熔技術在現(xiàn)代工業(yè)生產中有著不可取代的重要性。在現(xiàn)代工業(yè)材質生產中，電 渣重熔的優(yōu)點得到了充分的發(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。生產成本高。電渣重熔過程中，電耗非常大，又由于是二次精煉，大大增加了鋼材的生產成本。氟的污染。電渣渣料中含較多的CaFz，會逸出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。電渣重熔一爐一個鋼錠，批量小，檢驗量大，不便管理。液態(tài)金屬電渣澆注法是在電渣重熔基礎上發(fā)展起來的一個分支。它兼有電渣重熔、合成渣洗，液渣保 護澆注和電渣加熱補縮的綜合優(yōu)點。這個工藝的基本原理是:將液態(tài)金屬直接注入加熱的精煉渣中，在進行 液態(tài)金屬直接精煉時，用石墨電極或水冷非自耗電極來保持渣池溫度。然后，將液態(tài)金屬按一定速度注入 水冷結晶器內，渣池溫度及鋼錠成形條件是分別進行控制的。電渣澆注把合成渣洗、液渣保護和電渣精煉 三者結合在一起，兼有三者的特點。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晶器中，液態(tài)鋼從澆 包通過空心石墨電極

9、澆入預先過熱到17001850C的渣中。隨著結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，以保持對渣池的加熱。第二種是使用自耗金屬電極通過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 結晶器內是以偏心的形式插入結晶器內對爐渣進行加熱，鋼水通過中間槽澆到盛有過熱爐渣的結晶器內。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晶器內對渣 池進行熔化和加熱，該結晶器裝有帶保溫帽的普通鑄錠錠模，液體金屬通過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 學均勻性，硫和非金屬夾雜物

10、等有害元素含量低，沒有粗大的偏析，特別是沒有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，整個鋼錠致密而均質，鋼錠的結晶均按徑一軸向延伸，從而保證由 液體金屬至鍛件的整個過程可用量不低于90%，是具有較高的過程經濟指標的優(yōu)質鋼錠。新型第二代液態(tài)金屬電渣澆注的優(yōu)點及經濟效益金屬的收得率高，質量好新型液態(tài)電渣澆注工藝的優(yōu)點首先是鋼錠質量優(yōu)于普通澆注鋼，接近或達到電渣重熔鋼。由于電渣澆 注改善了錠子的表面質量，提高性能，獲得無縮孔鋼錠，因而在鑄錠的頂部不會產生普通鑄錠經常存在的 那些缺陷，從而使鋼錠的收得率提高10%15%，此外，液態(tài)金屬電渣澆注無普通澆注鋼的湯道系統(tǒng)，所澆 注的錠子

11、沒有普通鋼錠那樣的大量切頭，鍛件和軋材的重量可達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%，除補償電渣澆注費用外尚有剩余，甚至低于普通澆 注鋼的成本，經濟技術指標得到明顯提高。此外，液態(tài)金屬電渣澆注無需制造自耗電極，節(jié)省了制造自耗 電極時的澆注湯道系統(tǒng)，無耐火材料消耗，因此，金屬收得率高?？梢詫崿F(xiàn)用小容量設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)點將愈加明顯。經濟技術指標的明顯提高，將賦予電渣澆注工藝強大的生命力。生產效率高液態(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)量都能在相當大的范圍內調整，所以很容易得到最佳的熱力學工況，精煉反應可以迅速而充分地進 行。當所澆入電渣結晶器內的鋼液在穿過液態(tài)渣池時，熔渣僅通過電毛細震蕩作用對鋼液起到一定的合成 渣洗和二次精煉，無需像電渣熔鑄工藝那樣對液態(tài)金屬進行熔化精煉，從而可以極大地提高金屬澆入結晶器內的速度，使生產效率得到大幅度的提高。液態(tài)金屬電渣澆 注工藝的生產效率可達3

13、.56.5t/h，可以比傳統(tǒng)的電渣重熔工藝提高35倍。生產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的靈活性，可以根據(jù)錠型的不同合理安排生產。可以用三相變壓器用三相變壓器代替目前所廣泛應用的單相變壓器，既可以保證網(wǎng)路電網(wǎng)的平衡，又可以進一步降低電 耗。生產成本低液態(tài)電渣澆注的特征是沒有自耗電極，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大 量電焊條的消耗，進一步節(jié)省了成本，從而大大地減輕勞動強度，并提高勞動生產率。第二代電渣冶金的發(fā)展方向為了加快我國第二代電渣冶金技術的發(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。一個國家大型鑄鍛件的自主化對大型設備制造和核電產業(yè)的發(fā)展具有重 要的意義，也必將拉動大型錠電渣冶金技術的發(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 尚無成功經驗，因此應該十分重視有關理論和技術的研究，除對大型電渣錠重熔的共性技術研究以外，要 特別重視電器參數(shù)的設計與控制，大型錠的金屬凝固機理和控制技術的研究。開發(fā)液態(tài)電渣澆注高合金鋼電渣連鑄技術，采用高爐一轉爐和電弧爐冶煉鋼水，配合爐外精煉，以 進一步提高優(yōu)質合金鋼的質量和成材率，提高生產效率，降低電渣連鑄能耗和成本。(3 )研究開發(fā)帶