重熔精煉

電渣重熔過程中去除非金屬夾雜物主要發(fā)生在電極末端熔滴形成階段。電極端頭夾雜物去除過程可以精確劃為三個區(qū)段:

1.非金屬夾雜物從電極端頭液態(tài)金屬薄膜層內(nèi)向鋼渣界面轉(zhuǎn)移；

2.鋼渣界面上非金屬夾雜物為爐渣所吸附和溶解；

3.夾雜物溶解產(chǎn)物離開鋼渣界面向渣池內(nèi)部擴散。

電渣重熔時，電磁力作用引起渣池強烈攪拌，使溶解的非金屬夾雜物在渣池中劇烈運動，因而溶解的非金屬夾雜物的物質(zhì)傳遞取決于對流擴散，防礙它運動的阻力很小，所以第三環(huán)節(jié)不是限制性環(huán)節(jié)。

由于界面能的作用，加上爐渣對夾雜的溶解，只要夾雜物和渣相接觸，就能被爐渣吸收，所以第二環(huán)節(jié)是自發(fā)過程，也不是限制性環(huán)節(jié) 。

1.電渣重熔自耗電極原始夾雜物的類型、成分和尺寸對重熔提純效果具有重大影響，所以恰當(dāng)選擇自耗電極冶煉方式和脫氧制度，可以有目的控制電渣重熔鋼純凈度及夾雜物成分及類型。

2.電渣重熔電極的冶煉若采用Ca-Mn-Si及AMS ( Al-Mn-Si)復(fù)合脫氧劑，形成的原始夾雜物是穩(wěn)定的硅酸鹽，熔點較低，具有較大聚集趨向，經(jīng)電渣重熔過程易去除。

3.用鋁終脫氧，特別當(dāng)加Al量在1公斤/噸以上時，原始夾雜物為高熔點鋁礬土，細小分散，在電渣重熔過程難為渣中吸收。

4.自耗電極的冶煉若用稀土合金脫氧，重熔精煉效果優(yōu)異，關(guān)于稀土元素電渣過程的冶金反應(yīng)及稀土合金對電渣鋼質(zhì)量的影響有待進一步深入研究 。2100433B

關(guān)于電渣重熔過程金屬提純凈化的本質(zhì)，國內(nèi)外多數(shù)冶金工作者認為主要是渣洗作用，包括渣對鋼中夾雜物吸附和溶解。直接影響渣洗的因素是:渣系的成分和配比，夾雜物的成分及尺寸。如眾所周知，鋼中非金屬夾雜物的類型、成分、尺寸往往取決于冶煉終脫氧制度。

經(jīng)過電渣重熔質(zhì)量都有所提高，然而提純效果相差十分懸殊，就重熔精煉后鋼中電解夾雜物總量和氧含量而言，混合稀土脫氧為最佳，除不加脫氧劑的外，以用Al脫氧為最差。由隨著終脫氧加Al量的增加，提純效果惡化，重熔金屬夾雜物總量(電解分析)，氧氣含量全面提高。原始夾雜物含量多少，對重熔金屬純潔性無重大影響，例如用稀土(Ce-La), Ca-Mn-Si及AMS脫氧，原始夾雜物含量很高，重熔后反而更為純凈。

電解分析氧化物夾雜總量和氣體分析氧含量基本上是相符的，而金相夾雜物總量和電解數(shù)據(jù)稍有差別，考慮這是分析方法差異所致。在放大115倍的情況下觀察金相，尺寸在2μ以下的夾雜物全被忽略。所以認為夾雜物電解分析較為準(zhǔn)確，以下討論夾雜物的總量均以電解分析數(shù)據(jù)為根據(jù)。

電極及結(jié)晶器幾何尺寸，重熔電規(guī)范，渣成分及重量均不變，所以可以認為各爐試驗的鋼渣接觸面積，鋼渣接觸時間是相同的。致于電渣爐自耗電極不同終脫氧制度的影響，只能通過夾雜物性質(zhì)對鋼渣反應(yīng)的影響去考慮。

通過金相觀察發(fā)現(xiàn):軸承鋼自耗電極冶煉，終脫氧加Al1公斤/噸以上，非金屬夾雜物以鋁氧土為主，呈碎屑狀，成群分布，夾雜物平均尺寸較小。而用Ca-Mn-Si, Ca及AMS終脫氧，夾雜物以鈣硅酸鹽，鋁硅酸鹽為主，鈣硅酸鹽呈球狀，尺寸較大。鋁硅酸鹽呈菱形，尺寸也較大 。

電渣重熔過程，電極端頭熔化的金屬，沿錐頭滑移，具有分層和波紋特征，基本上屬于層流。液態(tài)金屬薄膜層厚50-200微米，遠大于夾雜物直徑。特別是夾雜物沒有自發(fā)由液態(tài)金屬薄層內(nèi)向鋼一渣界面移動的動力。而且由于夾雜物在液態(tài)金屬層內(nèi)浮升的作用，使夾雜物向內(nèi)移動。顯然可以認為夾雜物由液態(tài)金屬層內(nèi)向鋼一渣界面轉(zhuǎn)移是限制性環(huán)節(jié)。在液態(tài)金屬流沿錐頭向下滑移時，受重力作用，比重較鋼液輕的夾雜物會滯后于金屬流，如此增加了夾雜物和渣相接觸機率，夾雜物顆粒愈大滯后愈大，和渣相接觸機率也增大了，這就是為什么低熔點大顆粒夾雜在電渣重熔過程比高熔點彌散分布的小顆粒夾雜更易為渣所吸收的原因。

重熔前后非金屬夾雜物類型、成分是不同的，這是由于大部分原始夾雜物在電渣重熔過程中電極端頭熔滴形成階段已去除，一部分殘留夾雜物隨金屬液態(tài)進入渣池，爐渣和夾雜物邊緣作用，導(dǎo)致夾雜物具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。研究工作發(fā)現(xiàn)電渣鋼夾雜物中心和邊緣成分不同，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)是電爐鋼夾雜物特征。爐渣對電極中夾雜物化學(xué)活性愈大，夾雜物結(jié)構(gòu)變化愈大。其次，還有一部分不穩(wěn)定氧化物高溫分解，呈合金元素和[O]溶合。在金屬熔池中，隨溫度下降，鋼中[O]的溶解度下降，重新氧化，形成新生夾雜物。新生夾雜物成分由鋼中元素的活度及其與氧結(jié)合力所決定。如電渣重熔加Al1.5kg，重熔鋼中殘余鋁高達0.07%，在金屬熔池凝固階段，細小分散的氧化鋁夾雜上浮困難，殘存鋼中。

關(guān)于不進行終脫氧重熔效果惡化的原因，可以認為是不穩(wěn)定夾雜物MnO·FeO會增加鋼對夾雜物的潤濕作用。同時一部分夾雜物高溫分解，形成[O]溶于鋼中，無法通過渣洗作用去除 。

重熔工藝包括對重熔工藝過程的控制和工藝參數(shù)的選擇。

真空電弧重熔重熔過程控制

真空電弧重熔過程可分為焊接電極、引弧、正常熔煉和封頂4個時期：

(1)焊接電極。每一爐熔煉所用的自耗電極要求與過渡電極同軸且被牢固地焊接在過渡電極上。焊接在真空下進行。在自耗電極被焊接的一端鋪上一層同品種車屑作為引弧劑，然后下降電極桿，使過渡電極與自耗電極之間燃弧，當(dāng)燃弧的兩個端面被加熱且電弧穩(wěn)定，在自耗電極端面有較多的金屬液相形成時，迅速下降電極桿，使燃弧的兩個端面緊密接觸而焊合在一起。

(2)引弧。在自耗電極與結(jié)晶器底部的引弧劑之間形成電弧，提高弧區(qū)溫度和在結(jié)晶器底部形成一定大小的金屬熔池，保持自耗電極與金屬熔池之間形成穩(wěn)定的電弧，使自耗電極的重熔轉(zhuǎn)入正常的熔煉。

(3)熔煉期。是重熔過程的主要時期，在這期間鋼或合金被精煉和凝固成錠，即脫除金屬中的氣體及低熔點的金屬雜質(zhì)，去除非金屬夾雜物，降低偏析程度以及獲得理想的鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)。

(4)封頂。目的在于減小重熔錠頭部縮孔，減輕頭部“V”形收縮區(qū)的疏松程度，以及促進夾雜物的最后上浮和排除，減少切頭量，提高成材率。

真空電弧重熔工藝參數(shù)的選擇

真空電弧重熔產(chǎn)品的質(zhì)量，取決于重熔參數(shù)是否合理。在生產(chǎn)實踐中，是根據(jù)所熔煉的品種、重熔的目的和要求來選擇工藝參數(shù)的。

ESR，是Electroslag Remelting的英文縮寫，指電渣重熔，主要是通過精確控制的凝固過程，使金屬的結(jié)構(gòu)完整。

中文名

電渣重熔

外文名

Electroslag Remelting

縮寫

ESR

特點

精確控制的凝固過程，使結(jié)構(gòu)完整

Electroslag Remelting (ESR)

電渣重熔

把平爐轉(zhuǎn)爐電爐等冶煉的鋼鑄造或鍛制成電極，熔化電極浸在水冷鑄模的渣池中。電流（通常為AC）通過電極和即將成型的鋼錠之間的熔渣并加熱熔渣，從而金屬滴在電極上熔化。熔化的金屬滴穿過熔渣到達水冷鑄模的底部，在這兒進行凝固。當(dāng)鋼錠形成后，渣池向上移動。新的精煉材料鋼錠在鑄模底部慢慢形成。它均勻定向地凝固，避免了中心凝固不佳，這在傳統(tǒng)的鋼錠鑄造中時有發(fā)生，因為它們從外向內(nèi)凝固。

一般來說，ESR提供了非常高的、一致的和可預(yù)測的產(chǎn)品質(zhì)量。精確控制的凝固過程，使結(jié)構(gòu)完整，無缺陷。由于在鋼錠和鑄模壁之間形成了一層凝固的波薄渣皮，從而提高了鋼錠表面的質(zhì)量。這就是ESR被認為是生產(chǎn)當(dāng)今工業(yè)中的高性能高溫合金的首選方法的原因，例如用于航空航天、核工和和重型鍛造等。所得到的都為高純度的鋼錠，這在若干年前還未聽過。其它工程領(lǐng)域也以“高技術(shù)”先驅(qū)為榜樣，堅持利用最先進和最復(fù)雜的設(shè)備通過ESR得到更新更高的純度。2100433B

《重熔用鋁錠(GB/T 1196-2008)》由中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。