电渣重熔工艺技术.pdf

电渣重熔工艺姜周华东北大学2010年3月电渣重熔工艺„电渣重熔原理和特点„电渣炉电气原理„电渣重熔渣系„电渣工艺制定的基本原则„电渣工艺参数的分类„钢锭结晶质量的衡量方法„工艺参数对目标参数的影响„电渣重熔参数的优化匹配„ESR过程工艺参数的变化及工艺控制模型1.电渣重熔原理和特点电渣重熔（ESR）是在水冷结晶器中利用电流通过熔渣时产生的电阻热将金属或合金重新熔化和精炼并顺序凝固成钢锭或铸件的一种特种冶金方法。最显著特点是生产的金属纯净、成分和组织均匀结构致密----产品性能优异电渣重熔的基本原理„在铜制水冷结晶器中加入固态或液态炉渣将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时便有电流从变压器输出通过液态熔渣。由于上述供电回路中熔渣的电阻相对较大占据了变压器二次电压的大部分压降从而在渣池中产生了大量的焦耳热使其处于高温熔融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化熔化的金属聚集成液滴在重力的作用下金属熔滴从电极端头脱落穿过渣池进入金属熔池由于水冷结晶器的强制冷却液态金属逐渐凝固成钢锭在正常重熔期电流从电极进入渣池后要通过金属熔池和凝固钢锭再由底水箱和短网返回变压器。电渣重熔的基本原理„由于电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物理化学反应从而可去除金属中有害杂质元素和非金属夹杂物。钢锭由上而下逐渐凝固金属熔池和渣池就不断向上移动上升的渣池使结晶器内壁和钢锭之间形成一层渣壳它不仅使钢锭表面平滑光洁而且降低了径向导热有利于自下而上的顺序结晶改善了钢锭内部的结晶组织。电渣重熔的特点„1）金属的熔化、浇铸和凝固均在一个较纯净的环境中实现„2）具有良好的冶金反应的热力学和动力学条件„3）自下而上的顺序凝固条件保证了重熔金属锭结晶组织均匀致密„4）在水冷结晶器与钢锭之间形薄而均匀的渣壳保证了重熔钢锭的表面光洁成分和组织的均匀结构致密是ESR的最显著特点传统浇铸法与电渣重熔钢锭结构的比较传统的浇铸法和ESR方法生产H13热模具钢中铬和钼的偏析模铸锭与电渣重熔钢锭质量比较模铸钢锭直径2000mm重100tESR锭直径2300mm重80t汽轮机转子用特大型钢锭（26NiCrMoV115）模铸钢锭中心碳偏析实测值的比较钢锭中心二次晶距（模铸与电渣比较）传统的浇铸法和ESR方法生产H13热模具钢中铬和钼的偏析Mo微观偏析对电渣重熔AISIH11(X38CrMoV5-1)横向韧性性能影响38NiCrMo4冲击韧性at750N/mm2(直径750mm)2电渣炉电气原理电渣炉电气原理图大电流回路中产生电感的原理交流电渣炉电气特性方程rU2RX电渣炉电气特性曲线渣池的电位分布与发热场渣池的流动3.电渣重熔渣系3.1熔渣在ESR过程中有三个作用1)发热体作用；2)成型作用即钢水在渣皮的包覆中凝固成型；3)净化作用即去除钢中夹杂物脱硫和控制元素成分等。通常情况下电渣重熔渣系以CaF2-Al2O3系为主根据需要适当添加CaO、MgO、TiO2等组元一般要求渣系中SiO2含量要低而渣中FeO和P、S杂质也要尽可能少。ESR过程中和渣有关的现象与渣性质的关系3.2ESR渣系分类„按照渣系酸碱性分类电渣重熔用渣可分为酸性渣和碱性渣。„按照炉渣组元划分可分为二元、三元、四元、五元炉渣。„按照其组元是否含有CaF2划分可分为含氟渣和无氟渣。渣的组元„常用渣系的基本形态是以CaF2为基础配入适当的CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2等氧化物组成的各组元成分在渣中有各自的作用。„CaF2－Al2O3„CaF2－CaO－Al2O3„CaF2－Al2O3－CaO－SiO2„CaF2－Al2O3－CaO－MgO„CaF2－Al2O3－Ca