电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展

中国电渣冶金起步于1958年,至今所有特殊钢厂均建有电渣冶金车间,拥有工业电渣炉86台,年生产能力10万吨.产品包括优质合金钢与超级合金243个牌号.中国冶金工作者在电渣炉型结构、电渣重熔(ESR)工艺、电渣熔铸(ESRC)异型铸件、制备大钢锭及电渣重熔机理方面取得重大成就,成果得到国外同行认可.     

ZYP40R塑料模具钢电渣重熔工艺实践

介绍了ZYP40R模具钢的电渣重熔生产工艺。通过电极坯母材原始铝含量控制、电渣重熔时采用返回渣系、重熔过程脱氧剂分阶段加入、全程氩气保护等方式有效保证电渣钢中的铝含量,生产出符合要求的自耗电极及电渣锭。     

Factors influencing power consumption and power-saving measures in ESR process

Since the USA patent of electroslag remelting(ESR) metallurgy was held by P. K. Hopkins in 1940, the ESR technology has now entered a relatively mature stage after a 70-year history of development. At present, the annual capacity of ESR steels around the world is approximately 2 million tonnes. ESR metallurgy emerged in China in 1958. Since then, electroslag furnaces were gradually installed in Chinese special steel plants. At present, there are more than 200 electroslag remelting furnaces in the metallurgical workshops of these steel plants with an annual production capacity of about 500,000 tonnes of ingots and components made of about 200 varieties of steels, including high quality steels and superalloys. This ESR technology is used as a special remelting and refining method for producing high quality steels and superalloys. However, traditional ESR technology has the disadvantages of environmental pollution and extremely high specific power consumption. High power consumption restricts, to a certain degree, the competitiveness of ESR steels in the marketplace. The measures of power saving in ESR have been researched in recent years. In this paper, some factors influencing power consumption, such as filling ratio, slag system, slag amount, melting rate and furnace structure are reviewed, and several new ESR technologies for power saving are proposed.     

40CrNiMoA钢曲轴毛坯的试制

采用电弧炉冶炼+LF精炼+VD真空除气+电渣重熔工艺生产7吨级40CrNiMoA钢锭,并锻造了曲轴毛坯。提出了电极坯及电渣锭制备工艺制度,确定了锻造及锻后热处理工艺。各项技术指标均达到了质量要求。     

用模铸八角锭作为自耗电极生产H13钢电渣重熔锭

通过调整电渣重熔时的冶炼工艺参数,直接以截面差异较大的5.0 t模铸八角锭作为电渣重熔用自耗电极,生产出了质量优良的H13钢电渣重熔锭。该工艺可降低生产成本、缩短生产周期。     

28.4t 1Mn18Cr18N护环电渣锭生产

根据1Mn18Cr18N钢特点,通过精心制备电极及控制电渣重熔过程,成功生产了重达28.4 t的护环电渣锭。电渣锭表面质量优良,底部成型良好,顶部补缩密实平整。     

电渣冶金法生产大型钢锭综述

介绍了采用电渣重熔、电渣焊接、电渣浇注和电渣热封顶法生产大型钢锭的工艺,并从钢锭质量、节能、成本等方面对比了上述4种方法的工艺特点.电渣重熔法生产的大型钢锭纯净度和组织均匀性较高,产品质量较好,但工艺设备复杂;电渣焊接法、电渣浇铸法和电渣热封顶法相比电渣重熔法,工艺和设备简单,能耗、成本较低,但产品质量较差.     

采用高电阻渣重熔W6Mo5Cr4V2钢

采用两种不同电阻率的渣系进行电渣重熔W6Mo5Cr4V2钢实验。结果表明,采用高电阻率的四元渣系可以降低电耗、提高生产率、提高钢锭质量。     

延长电渣重熔用结晶器使用寿命的措施

结晶器的使用寿命是影响电渣冶炼成本的重要指标。在保证重熔质量的前提下提高结晶器的使用寿命,倍受电渣冶金工作者的关注。通过分析结晶器变形的原因,制订了延长结晶器使用寿命的措施。     

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对真空自耗重熔(VAR)和电渣重熔(ESR)生产的超高强度钢洁净度进行对比研究。利用化学分析、相分析、定量金相和扫描等方法,获得了钢中非金属夹杂元素含量,以及夹杂物的类型、数量和形状特征参数。结果表明,真空自耗重熔钢中的硫、磷、氧和氮含量均低于电渣重熔钢。电渣重熔钢中硫化物呈条状,尺寸较大,夹杂物平均自由程较小。真空自耗重熔钢中,硫化物呈细小球状,夹杂物平均自由程较大。从钢中非金属夹杂元素和夹杂物情况可以看出,真空自耗重熔钢的洁净度水平高于电渣重熔钢。     

GH132高温合金炉底辊电渣熔铸工艺实践

采用电渣熔铸+热处理工艺,代替铸造+锻造+热处理工艺成功制造了连铸生产线上GH132高温合金炉底辊.采用五元渣系、4 000 A电流和57 V电压生产的炉底辊铸件,经720℃+16 h+空冷处理后,其各项力学性能指标均达到炉底辊铸件的设计要求.     

半有衬新型电渣重熔研究

本文创制渣池有衬节能、叠加直流电化学精炼、纵向结晶排夹杂三结合的优质节能新型电渣重熔炉.研究了叠加直流电流密度对合金成分和对去硫、去气的影响.实验结果表明,新型电渣单位电耗降低达41％;在无保护气氛下电渣重熔,GH49,GH37合金中活泼元素成分可不烧损;可有效地降低合金中O,N,S含量达到10ppm;电渣锭轴向结晶,组织致密,二次枝晶轴间距比通常电渣锭缩短近1/3,显著改善合金偏析.     

不同制备工艺对锻造高速钢轧辊组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对比研究了电渣重熔、喷射成形以及粉末冶金工艺生产的锻造高速钢轧辊的组织性能。结果表明,采用电渣重熔工艺所得锻造高速钢轧辊组织中存在明显沿锻造方向分布的网状共晶碳化物,碳化物尺寸粗大,分布不均,导致其耐磨性最差;喷射成形工艺所得锻造高速钢轧辊网状碳化物组织得到明显改善,但局部区域碳化物偏聚较严重,碳化物尺寸较大且主要以M₆C型为主,其耐磨性比电渣重熔工艺有明显提升;粉末冶金工艺所得锻造高速钢轧辊组织晶粒细小,碳化物细小且弥散均匀分布,碳化物类型中MC型占比很高,表现出最优的耐磨性能。根据3种制备工艺下的组织和性能分析,并结合目前3种制备工艺的成熟度、经济性和制造能力,未来可对喷射成形工艺做进一步研究,并逐步在较大规格锻造高速钢轧辊中推广应用。     

42 CrMo4 NiV电炉钢锻材改制电渣钢工艺试验

42CrMo4NiV电炉钢锻材在成品超声检测时出现批量性夹杂废品。为减少损失将这些锻材当作自耗电极进行电渣重熔，经锻造粗加工后进行成分、高倍、超声检测及力学性能检验，结果满足标准要求。     

一种新型变质剂对高速钢组织与力学性能的影响

采用电渣重熔工艺制备高速钢材料,借助光学显微镜和摆锤冲击试验机研究变质剂对高速钢轧辊材料微观组织和冲击性能的影响。结果表明：制备过程中加入变质剂能改变高速钢中共晶碳化物的形貌,部分鱼网状的共晶碳化物组织发生断裂,颗粒状碳化物增多,基体中晶粒更加细小;经过热处理这种趋势变得更加明显,因此高速钢的冲击韧性得到提高,其冲击韧性由8.7 J/cm2增加到9.8 J/cm2。     

三相电极电渣重熔系统中的磁流体流动和传热分析

建立了三相电极电渣重熔的全耦合三维非稳态模型,研究了电渣炉内的电磁现象、两相流动、传热以及凝固现象。其结果表明:大量的电流流经金属熔滴和熔渣,极少数的电流流经凝固锭。焦耳热功率密度的最大值出现在电极周围和金属熔滴中。高温区位于渣池上部的中心,渣池的平均温度随电流的增大而升高。金属熔池为扁平的U形轮廓,当电流升高时熔池加深并且加宽。     

高温镍基合金电渣重熔过程中的Al、Ti成分控制

电渣重熔过程中Al和Ti的氧化导致电渣锭轴向成分不均匀,从而对电渣锭的耐腐蚀性能和力学性能产生不利影响。为了控制电渣铸锭中Al和Ti含量的均匀性,需要明确高温电渣重熔过程中Al和Ti含量的变化,并通过优化渣体系比例和冶炼条件来减少合金中Al和Ti的氧化。在现有文献的基础上,以CaF₂-CaO-Al₂O₃-MgO-TiO₂这一低氟渣系和Incoloy825合金为例,综述了电渣重熔过程中Al和Ti元素控制的研究现状。应用离子与分子共存理论（IMCT）,结合FactSage软件,总结了渣的热力学和动力学研究方法。讨论了温度和渣成分对合金中平衡Al、Ti含量的影响。基于膜渗透理论,提出了预测合金中Al和Ti含量的动力学模型,得到了电渣过程中Al和Ti含量随时间变化的数学方程式以及渣-金属反应速率的限制方法。确定电渣重熔Incoloy825合金时TiO₂的最佳添加量约为10％。用IMCT和FactSage对渣-金平衡实验结果进行了比较和分析。FactSage计算结果比IMCT计算结果更准确。TiO₂含量越高,计算结果与实验结果之间的偏差越小。     

GH36合金大型涡轮盘锻件的制造

介绍了GH36合金大型涡轮盘锻件的生产工艺。生产结果表明,采用“电弧炉-电渣重熔”双联工艺,电渣重熔后的化学成分合格率达100%;再经过适当的锻造和热处理可以生产出合格的涡轮盘锻件产品。     

铸造合金CoCrMoW锻造工艺的研究

通过对CoCrMoW合金电渣锭在两种不同的保温制度下保温后进行两种不同的锻造变形方式开坯锻造,研究了CoCrMoW电渣锭锻造保温温度及锻造变形方式对可锻性的影响。试验研究结果表明:CoCrMoW合金电渣锭在1220℃保温1 h后采用整体锻造,锻件的表面质量与内部质量良好;1200℃保温2 h后,采用整体锻造,锻件的表面质量良好,但是内部有缺陷产生;CoCrMoW合金电渣锭在1220℃保温1 h后锻造变形,电渣锭采用分段锻造时表面出现开裂,采用整体锻造时表面质量与内部质量良好;经过开坯后的小规格坯料再继续开坯或锻成品时,分段锻造与整体锻造均可采用。该合金合理的锻造保温温度为1220~1240℃,电渣锭锻造变形方式必须采用整体锻造;小规格锻造方坯变形方式宜采用整体锻造,但也可采用分段锻造。     

电渣熔铸异型件熔渣内溢现象

分析了异型电渣熔铸件生产过程中的熔渣内溢现象及形成因素.研究表明,更换电极中断功率操作后,供电工艺参数与结晶器冷却强度不匹配是导致结晶器内熔渣溢流的主要原因.从更换电极操作与熔铸工艺进行改进优化,改进后实际生产效果良好.