赵青松 张景超 郭自强
机械工业第六设计研究院有限公司，河南，郑州，450007）
摘要：本文介绍了电渣炉重熔技术的种类及发展趋势，研究了电渣炉重熔技术在高品质钢锭生产中的应用情况，结果表明：电渣炉重熔在大、中型锻件所需的钢锭生产中，处于优势地位。
关键词：电渣炉；重熔技术；钢锭
The Application of Remelting Technology of Electric Slag Surnace in Production of High-quality Steel Ingot
Zhao qiangsong1，Zhang jingchao1，Guo ziqiang1
（1. No.6 Institute of Project Planning and Research of Engineering Group Co.,Ltd，Zhengzhou 450007，Henan，China）
Abstract：The types of remelting technology of electric slag surnace and the trend of development were introduced.The application of remelting technology of electric slag surnace in high-quality steel ingot was studied. Experimental results show that remelting technology of electric slag surnace is dominant in steel ingot demanded for large and medium forge piece.
Key words：electric slag surnace;remelting technology; steel ingot
电渣炉重熔技术是对钢锭有更高品质要求时采用的一种熔炼设备，在冶金系统的特殊钢厂比较常见，而在机械行业以前很少用到这种熔炼设备,近些年在机械行业的应用是越来越多，随着国家经济的大发展，电力、冶金、交通、石化、基础机械和国防等行业对高品质钢锭的需要会越来越大。因为对电渣炉重熔技术在高品质钢锭生产中的应用的研究具有重要意义。
一、电渣炉的工作原理
把冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。生产的品种包括：优质合金钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金以及铝、铜、钛、银等有色金属的合金。
电渣炉重熔技术就是在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热，将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。 液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长。
电渣重熔设备简单，投资较少，生产费用较低。电渣重熔的缺点是电耗较高，目前通用的渣料含CaF较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置。
二、电渣炉的种类
1、按供电方式分类：有直流电渣炉和交流电渣炉。因为直流电渣炉供电设备复杂熔炼效果不如交流电渣炉等原因很少采用，一般工业都采用交流供电，可分为单相和多相电渣炉。
（1）单相电渣炉：
① 单相单极电渣炉：在一个结晶器内重熔一根电极。
② 单相双极串联电渣炉：在一个结晶器内有两根自耗电极同时熔炼。
③ 单相多极电渣炉：属于大型电渣炉，主要用来重熔大的圆锭和扁锭。
（2）三相电渣炉：
① 三根自耗电极分别置于三个结晶器内同时熔炼三个钢锭。
② 三根电极置于一个结晶器内熔炼一个钢锭。
③ 三相多极电渣炉，自耗电极的根数比较多。
2、按自耗电极给进方式分类：有熔炼过程中仅用一根电极的单臂式电渣炉；熔炼过程中可交替自耗电极的双横臂电渣炉（或双立柱式）和具有叉电极横臂的电渣炉。
（1）单立柱横臂电渣炉只有一根立柱和横臂：特点是在熔炼过程中不交换电极，重熔过程中热工制度稳定，锭子各部分质量比较均匀。缺点是自耗电极比较长，冶炼初期与末期炉口电压差别较大，厂房高度要求较高。
（2）双柱双横臂交替式电渣炉：有两个立柱和两个横臂，两个横臂分别装在两根立柱上。在重熔过程中两臂交替地向一个结晶器给送电极进行熔炼。
双臂式交替有两种形式：一种是靠两臂的旋转交替；另一种是横臂固定在立柱上，用结晶器小车交替。
（3）单立柱叉形横臂旋转电渣炉：在叉形横臂上有两个可旋转的夹头，在熔炼中利用横臂旋转更换电极的位置。
（4）三立柱三横臂电渣炉：三个立柱布置在正三角形的三个顶点上，三个电极横臂可分别沿着立柱垂直运动和绕着立柱旋转。
（5）多电极电渣炉
3、按结晶器和锭子是否移动分类
（1）结晶器固定、不抽锭式电渣炉：熔炼时结晶器固定不动，也不抽锭，靠自耗电极逐渐下降使钢锭在结晶器内逐渐形成。
（2）结晶器升降式电渣炉：炉子结晶器可随着重熔时锭子的增高而向上移动，而电极同时不断向下移动，锭子固定不动。
（3）结晶器固定、抽锭式电渣炉：熔炼时结晶器不动自耗电极和钢锭均向下移动。
（4）结晶器和电极均向上移动的电渣炉：它是利用截面积比重熔锭还要大的自耗电极，在熔炼过程中电极从下往上移动而结晶器也从下往上移动。
? 三、电渣炉在车间平面布置形式
1、单跨布置：国内外电渣炉车间采取这种布置形式的比较多。
这种布置在单跨厂房内除电渣炉外还包括有渣料、自耗电极、结晶器和钢锭堆放渣料烘烤、缓冷坑、电极和结晶器清理区等。针对炉子数量少、产量低的情况。
2、双跨布置：由电渣炉跨（或称主跨）和付跨组成。
一般主跨布置有电渣炉、化渣炉、钢锭缓冷坑、堆放和自耗电极临时堆放、预热及结晶器清理区。付跨布置有渣料清洗、破碎、烘烤设施，电极、钢锭堆放和电极修磨及焊接区等辅助作业区。渣料和电极等由电动平板车运至主跨。对车间内电渣炉数量多、产量比较大的情况，采用双跨布置为宜，这样可以使生产操作相互干扰少、劳动条件较好。
四、电渣炉的发展趋势
电渣重熔属于精炼过程，电渣钢是冶金产品中之精品。走精品化的发展道路是电渣冶金发展的必然。2008年是我国电渣冶金诞生50周年。半个世纪以来，经过几代电渣冶金工作者的不懈努力，我国已发展成为一个电渣钢生产大国，并在电渣冶金领域取得了很多辉煌的成就。但是与欧美发达国家相比，无论是工装水平、工艺技术，还是质量、成材率及冶炼电耗等技术经济指标，都有值得我们学习借鉴之处。国内现有很多非正规的电渣钢生产厂，电渣钢的生产近乎于粗制滥造。什么是“精渣料”，什么是“精坯料”，什么是“精操作”，什么是真正意义上的“精炼”，以及应当怎样生产“精品”。国际专家一致认为电极坯料的质量对电渣钢的质量有很强的遗传性，必须重视和提高电极坯料的质量。铸造电极的冶炼必须走真空脱气的工艺路线，铸造电极的冒口要切掉，不应当留有缩孔，缩孔对重熔过程的稳定性有很大的影响。要像生产电炉钢锻件用钢一样生产电极坯料，电极坯料必须走真空脱气的工艺路线，否则生产出的电渣钢质量是有问题的。很多电极坯料当中存在的质量缺陷是电渣重熔过程中无法消除的。铸造电极的缩孔区域是气体、夹杂、偏析等缺陷最集中的地方，因此铸造电极的缩孔必须完全切掉。事实上，对于铸造电极来说我国的电渣钢生产厂家并不是经过努力也做不好，而是很多企业的管理者不想把电极坯料的质量做得那么好。尤其是很多电炉炼钢工序都错误地认为，电极坯料还要进行电渣重熔，用不着做得那么好，只是把化学成分炼合就算是合格了。当前国内各企业电极坯料的生产存在着许多共性问题，比如电炉新炉壳的前三炉，旧炉壳即将报废的最后三炉都专门用于生产电极坯料。去气、去夹杂的过程也经常被简化或忽略。浇注过程中不控制注温注速，铸造电极表面不仅存在着裂纹，而且缩孔很深。铸造电极夹渣现象也比较严重。很多铸坯缩孔内赃物很多，并且重熔前不切除冒口。大规格易裂钢种的铸坯不进行退火，电渣重熔过程中电极坯料炸裂、掉块的现象时有发生。电极坯料表面不进行任何清理，而电极坯料表面的氧化铁皮和锈蚀恰恰是电渣钢中氧化物的主要来源之一。电极坯料对电渣钢质量的影响国内外专家学者有很多论述。在《电渣冶金原理及应用》的书中谈到电极原始夹杂物成分的影响时提到，“非金属夹杂物成分、分布和尺寸对电渣过程渣洗效果有重大影响。钢中非金属夹杂物的成分和尺寸取决于自耗电极冶炼的终脱氧制度。”日本的专家认为“电渣重熔过程可使金属纯净度提高，在相当大的程度上取决于渣的成分。当然也与所用自耗电极的纯净度有关。 在重熔条件一定时，比较钢锭中夹杂物的大小、数量等，可以看出电极的纯净度越高，钢锭的纯净度越高，而且电极中的夹杂物在重熔过程中不能完全去除”。国内的很多专家、企业和刊物，也持同样的观点。实践表明，自耗电极中氢含量的高低，对白点的出现率有直接影响。”国内很多企业都倡导过“精料方针”和实现产品“精品化”。但是实际运行过程中往往是“精料”不精，精品不精。归根结底还是很多干部和员工质量意识及精品意识不强，在思想上对精料及精品的定位不准确造成的。要使电渣钢生产走向精品化的发展道路，转变干部员工的思想观念是尤为重要的。
近些年来，随着科学技术和国民经济的的迅猛发展．对电渣钢需求量不断增加的同时，对电渣钢的质量也提出越来越严格的要求。电渣钢生产逐步走向精品化的发展道路将成为电渣冶金发展的必然。
五、电渣重熔技术在高品质钢锭生产中的应用情况
随着国家经济的大发展，电力、冶金、交通、石化、基础机械和国防等行业对高品质钢锭的需要会越来越大。而电渣重熔技术很好的解决了这个问题，所以近些年来电渣重熔技术在高品质钢锭生产中的应用越来越普遍。
2008年前，世界上100吨以上的电渣炉仅有我国的上海重型机器厂(200吨)，德国的萨尔钢厂(165吨)，日本钢厂(110吨)等为数不多的几台。近年来，世界大型电渣炉的建造呈迅猛发展的态势。2008年康萨克公司与意大利的Rubiera钢厂签订了100吨电渣炉的订货合同。因泰克公司先后与意大利的FomasSPA公司签订了两台110吨电渣炉的订货合同，与德国的萨尔钢厂签订了150吨电渣炉的订货合同以及与意大利的Vienna公司签订了一台250吨电渣炉的订货合同。据悉，与韩国、日本以及西欧的100吨以上的电渣炉的订货也在洽谈之中。我国是电渣冶金起步较早的国家，但是多年来电渣炉的吨位普遍相对偏小。直到80年代中期我国拥有10吨以上电渣炉的厂家仅有、上海重型机器厂、齐齐哈尔钢厂，太原钢厂等为数不多的几家。近些年来，随着科学和国民经济的飞跃发展，各领域对电渣钢的需求不断增多，除对电渣钢的质量提出越来越高的要求外，对于电渣锭的锭型规格要求也变得越来越大。市场需求的急剧扩大推进了我国向着电渣炉大型化的方向发展。现在10吨以上的电渣炉几乎遍及全国。20吨的电渣炉也是屡见不鲜，就连山东禹城的民营企业也建起了45吨电渣炉，并把建造100吨电渣炉作为企业的发展规划。最近几年，除东北特钢集团外，一重集团将要建造100吨左右的电渣炉；上海重型机器厂的450吨电渣炉正在建造之中。另外，营口特钢等一些厂家也都将建造大型电渣炉作为企业的发展规划。2000年以来，随着用户对电渣钢质量要求的不断提高，很多企业开始对电渣冶金的设备水平引起足够的重视。继上钢五厂从ALD和康萨克公司引进两台保护性气氛电渣炉之后，仅2008年一年的时间里，上钢五厂又从康萨克公司引进了两台7吨保护性气氛电渣炉；大冶钢厂从因泰克公司引进的一台16吨保护性气氛电渣炉已进入安装阶段；太原不锈钢股份有限公司从因泰克公司引进了一台16吨保护气氛电渣炉，从ALD公司引进了一台500公斤试验型电渣炉；东北特钢除与因泰克公司签订了100吨和20吨电渣炉的订货合同外，抚顺基地还将引进一台6吨保护性气氛电渣炉和一台压力电渣炉。最近中原特钢就引进30～40吨电渣炉作技术准备。营口特钢也就引进30t、60t和120t保护气氛电渣炉做前期的调研和论证工作。随着当前最具世界先进性的电渣炉的不断引进，带来了国外电渣冶金设备的先进的技术和工艺，通过对先进设备的消化吸收、改造移植，必将推动我国电渣冶金设备制作业快速与国际先进水平靠拢和接轨，把我国的电渣冶金的工装提高到一个新水平，为我国能生产出高品质的钢锭提供设备和技术保障。
六、结论
随着国家经济的大发展，电力、冶金、交通、石化、基础机械和国防等行业对高品质钢锭的需要会越来越大。随着科学技术的飞速发展，对电渣锭的质量提出越来越高的要求，以及综合国力的不断增强，将加速我国电渣冶金设备水平的不断提高。与国际先进水平接轨将成为我国电渣冶金发展的必然。
1、电渣重熔在中型及大型锻件所需的钢锭生产中，将处于优势地位；
2、在优质工具钢、模具钢、双相不锈耐热钢、超高强钢、管坯、冷轧辊生产领域中占绝对优势；
3、在超级合金领域(高温合金、 耐蚀合金、精密合金、 电热合金)，电渣重熔与真空电弧重熔处于竞争局面，在上世纪80年代末，电渣重熔在产量上已超过真空电弧重熔；
4、在有色金属生产方面，电渣重熔不断取得进展。
参考文献：
1.李正邦，傅杰. 电渣重熔技术在中国的应用和发展. 特殊钢，1999年4月.