21世纪电渣冶金的展望

用于制备超纯优质金属材料的精细冶金不断地发展，近期电渣冶金的进展令人瞩目。高压电渣重熔（PESR）；真空电渣重熔（VarESR)使重熔金属质量达到高纯水平。电渣热封顶（ESHT）生产巨型钢锭具有技术与经济上的潜在优势。文中还评价了快速电渣重熔（ESRR）和电渣复合（ESCladding)等新技术。     

高速钢电渣重熔自耗电极断头的分析和工艺的改进

高速钢电渣重熔自耗电极断头的分析和工艺的改进于旭光，吴咏梅，王铭扬，田藏韬，容凤美（河北省冶金研究所，石家庄０５００３１）ＡｎａｌｙｓｅｓｏｆＥｎｄＢｒｅａｋｉｎｇｏｆＥＳＲＥｌｅｃｔｒｏｄｅｆｏｒＲｅｍｅｌｔｉｎｇＨｉｇｈＳｐｅｅｄＳｔｅｅｌａｎｄ...     

电渣冶金的最新进展

论述了电渣冶金的最新进展情况，简要介绍了导电结晶器、快速电渣重熔、洁净金属喷射成形以及可控气氛电渣冶金(包括真空电渣重熔、惰性气体保护下电渣重熔、高压下电渣重熔)等技术。这些技术在改善和消除传统电渣冶金工艺局限性的同时，进一步发挥了电渣冶金的优越性，使电渣冶金显示出了更强大的生命力和更宽广的应用前景。     

电渣重熔技术在中国的应用和发展

中国电渣冶金起步于１９５８年,至今,全国所有特殊钢厂都建立了电渣重熔车间,拥有工业电渣炉８６台,年生产能力１０万ｔ,产品包括估质合金 与超级合金２４３个牌号。     

特种冶金新进展

对特种冶金，包括真空冶金（真空感应脱气浇注、冷坩埚感应悬浮熔炼、电子束连续熔炼），等离子冶金及电渣冶金（真空电渣重熔、高压电渣重熔、电渣快速重熔、电渣复合技术）的新进展进行分析，并对发展方向予以评述。     

具有发展潜力的电渣冶金技术

为了提高铸锭质量,降低生产成本,电渣冶金涌现出许多新的技术,介绍了几种具有发展潜力的国内外电渣冶金新技术,包括弧渣重熔、洁净钢形核铸造、单极电渣快速重熔、双极电渣连铸、旋转电极重熔技术和液态金属电渣冶金技术。     

真空电渣重熔炉发展前景的探讨

真空电渣重熔炉是在真空电弧重熔炉和气体保护电渣炉的基础上发展起来的一种冶炼高性能合金的特殊真空重熔冶金装备。真空电渣重熔炉冶炼的钢种和合金有优质合金钢,高温合金,精密合金,耐蚀合金,铝、钛、银等合金。介绍了真空电渣重熔炉的工作原理,冶金特点,比较了真空电弧重熔、普通电渣重熔和真空电渣重熔的钢材的冶炼成本、冶金质量和性能,并讨论了真空电渣重熔炉的应用前景。     

电渣连铸技术的开发

在结合电渣重熔和连铸技术优点的基础上。东北大学钢铁冶金研究所采用双极串联、交换电极及在线切割等技术，在国内首次成功地开发了电渣连铸（ESCC）技术；解决了电渣重熔钢锭直径小于300mm时熔速很慢、冶炼费用很高的难题。通过对重熔方坯质量的低倍、高倍、夹杂物检验等分析表明，该技术生产的方坯表面质量和内部质量良好，具有广泛应用前景和经济价值。     

电渣重熔的发展及其趋势

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。     

第一代和第二代电渣冶金技术的发展

论述了电渣冶金技术的分类,第一代和第二代电渣冶金技术的特点,电渣冶金发展历史的分期,第一代和第二代电渣冶金技术的发展,第二代电渣冶金进一步发展的方向。指出第一代电渣重熔技术是伴随电渣重熔锭大型化发展起来的,随着核电技术的迅速发展,第二代电渣重熔技术应实现大型装备优化设计、气氛可控制、重熔和凝固过程可控制,并提高计算机控制水平。     

21世纪电渣冶金的新进展

电渣技术经过46年的发展，已形成“电渣冶金”新学科，包括电渣重熔(ESR)、电渣熔铸(ESC)、电渣转注、电渣浇注、电渣离心浇铸、电渣热封顶、电渣焊接和电渣复合等。目前世界电渣钢年生产能力120万t，用于生产低合金高强度钢、轴承钢、工模具钢、不锈耐热钢和高温合金。最大电渣锭重200t，正在设计建造360t电渣重熔炉。高压电渣重熔(PESR)和真空电渣重熔(VacESR)使重熔金属质量达到高纯水平。电渣热封顶生产的大型电渣锭成本是普通电渣锭生产成本的1／4，具有技术和经济上的潜在优势。述评了优质大型电渣锭制备，真空电渣重熔、高压电渣重熔，快速电渣重熔技术的进展和电渣重熔炉型的发展趋势。     

特种冶金新技术

论述了特种冶金技术，包括真空感应脱气浇铸，冷坩埚感应悬浮熔炼等真空冶金，真空电渣重熔，电渣快速重熔，电渣复合技术等电渣冶金和等离子冶金技术的新进展，并评述了其发展方向。     

电渣重熔炉电极熔化速度对重熔过程的影响

建立了重熔钢锭的数学模型,确定了材料的物理边界条件,采用有限差分法对电渣重熔钢锭凝固过程的非稳态模型进行了求解,研究了电极熔化速度与准稳态熔池深度的关系.     

电渣重熔板锭过程中温度场的动态模拟

根据钢的电渣重熔过程的特点,建立了板锭电渣重熔的非稳态模型,以模拟在不同重熔速度下板锭重熔过程的温度场和分析影响金属熔池深度的因素。模拟结果表明:横截面尺寸400 mm ×2000 mm,20 t板锭重熔过程中,当重熔速度3～5 mm/min时,重熔速度越大,熔池深度越深;当重熔锭的高度达到铸锭厚度的2倍左右时,系统处于准稳定状态,熔池深度不再变化。     

17-7PH沉淀硬化不锈钢电渣重熔过程洁净度的变化

采用35 t电弧炉-AOD脱碳-LF精炼-模铸工艺制备了17-7PH沉淀硬化不锈钢自耗电极,并通过气体保护电渣炉重熔得到了2 t重的电渣锭。利用ASPEX扫描电镜分析了电渣重熔前后17-7PH钢中夹杂物数量、尺寸、成分的变化规律,并采用SEM-EDS进一步观察夹杂物的形貌及组成。研究结果发现,电渣重熔后,O含量由6.6×10^-6降至5.7×10^-6,N含量由200×10^-6降至180×10^-6。重熔前后夹杂物的类型没有变化,重熔后总的夹杂物数量大幅减少,特别是大颗粒夹杂物的数量明显减少、尺寸减小。电渣锭中总的夹杂物以AlN夹杂物为主,其尺寸较大、数量最多。为了提高17-7PH钢电渣锭的洁净度,应尽可能减少自耗电极中的N含量,以减少电渣重熔过程AlN夹杂物的生成量。     

10t电渣炉冶炼工艺与二次电流摆动控制的应用

根据电渣冶金过程摆动控制原理和摆动控制的冶金模型,采用计算机智能PID算法跟踪控制熔炼曲线,对邢台机械公司10t电渣炉二次电流进行摆动控制后,电极熔化速率和重熔周期趋于稳定一致,电渣锭质量得到明显改进,使一级品率由原来的75%提高到90%。     

电渣重熔过程炉渣中氟化物挥发的研究

对电渣重熔过程4元渣系和5元渣系氟化物挥发相关研究进行归纳和总结,通过渣成分活度计算模型对氟化物挥发反应进行了热力学分析,给出了不同碱度炉渣的挥发物挥发程度排序。结果表明,碱度在3.74～0.84,氟化物的挥发能力次序为MgF₂>AlF₃>SiF₄>AlOF。1200℃以上时,含氟化物炉渣尤其中高氟炉渣存在明显的失重现象。对ANF-6渣(/%:30Al₂O₃、70CaF₂),1400℃时,100 g渣样中氟化物的挥发速率可达到0.68g/min,AlF₃、SiF₄挥发应作为失重的主要原因。     

电渣重熔过程中渣成分变化及钢中氧含量预测

利用XRF和XRD技术分析了电渣重熔过程中不同时间所取渣样的化学成分和物相结构。XRF分析得到电渣重熔过程中渣中Al2O3、CaF2、CaO、SiO2、FeO等成分含量随熔炼时间的动态变化。XRD分析表明:凝固的渣中存在11CaO·7Al2O3·CaF2、12CaO·7Al2O3、CaSiO3等高熔点物质,导致炉渣性质发生变化。根据熔渣化学成分,参考CaF2-CaO-Al2O3渣系的等电导率图和等黏度图,得到了电渣的比电阻和黏度随冶炼时间的变化情况。采用炉渣结构共存理论建立了温度为1 923和1 973K时与渣中Al2O3平衡的钢液中[Al]-[O]平衡关系图。计算结果显示,针对实验研究的钢种,当钢中酸溶铝含量w[Al]s在0.000 1%~1%范围内时,钢液中溶解氧含量随着w[Al]s的增加先减小后增大,当钢中w[Al]s达到0.25%时,钢液中w[O]最小。在实验条件下,因渣成分变化导致的钢中w[O]的波动范围是0.25×10-6~0.48×10-6。