[科普中国]-中间罐电渣加热

电渣冶金技术

利用电流通过液态熔渣产生电阻热用以精炼金属的一种特种熔炼方法。它是一项跨学科、跨行业的技术，用于重熔精炼时称为电渣重熔；用于铸造时称作电渣熔铸；用于焊接时称做电渣焊；用于制备复合材料时称做电渣复合；用于铸锭加热补缩时称为电渣热封顶；用于连续铸钢之中间罐的中间罐电渣加热，将熔融钢水浇入水冷结晶器，经过导电状态的熔渣渣洗的电渣浇铸，在耐火材料炉衬的炉体内，利用电渣过程，熔化金属使之合金化，制获得优质合金钢钢水供铸造的有衬电渣炉熔炼，将有衬电渣炉与离心铸造相结合的电渣离心浇铸，在感应炉内(钢液上面)制造电渣过程，活化炉渣，强化脱硫，发展形成了感应电渣炉，进一步与离心浇铸相结合形成感应电渣离心浇铸。

世界各工业国家都在致力于发展电渣冶金，这是由于它具有许多优越性：(1)性能优异。电渣冶金产品金属纯净，组织致密、成分均匀、表面光洁、产品使用性能优良。如GCr15电渣重熔轴承钢使用寿命是电炉钢的3.35倍。(2)生产灵活。电渣重熔可生产圆锭、方锭、扁锭、空心锭。电渣熔铸可生产圆管、椭圆管、偏心管、方形管，所熔铸的产品从几克的假牙到150t的水泥回转窑炉圈。(3)工艺稳定。质量与性能再现性高。(4)经济上合理。设备简单、操作方便，生产费用低于真空电弧重熔，金属成材率高，对高合金钢及超级合金和大钢锭而言，提高成材率的效益足以抵消生产成本。(5)过程具有可控性。过程控制参量少，目标参量易于达到，便于用计算机控制。对产品微量化学成分、夹杂物形态及性质、晶粒尺寸、结晶方向、显微偏析、碳化物不均度及颗粒度、碳化物结构都能予以控制。

电渣冶金还存在以下不足，需采取对应措施弥补或改进：(1)电耗较高。世界各国电渣重熔电耗一般在1300～1600kW·h/t，而空心锭电耗更高。(2)氟的污染。电渣冶金渣中含有较多的CaF2，在熔炼过程中还逸出SiF4、AlF3、SF6、CF4、HF等有害气体危害工人健康，造成环境污染，应推广低氟渣及无氟渣。(3)产品批量小，管理不便。应固定电渣工艺，以自耗电极母炉号为一批，便于产品检验及生产管理。

中间罐电渣加热原理及设备中间罐电渣加热设备包括一台变压器和一套电极升降装置及其控制系统；供电方式有单相单极交流供电及单相双极串联交流供电两种。采用单相双极串联方式时，两根石墨电极或同钢种自耗电极位于中间罐长度方向上。操作时先在中间罐内造一定成分和数量的熔渣(或在罐外化渣)并保持一定时间使其内衬温度升高，然后将盛钢桶内的钢液通过滑动水口经位于中间罐中部外侧封闭的流钢槽注入罐内。供电电极及渣液面随注入钢液而上升，钢液面位置由液面控制系统控制。图1是单相双极串联交流供电的中间罐电渣加热设备。采用单相单极供电方式时，电流经埋于罐衬内的金属底电极返回电源。图2是单相单极交流供电的、用于水平连铸的中间罐电渣加热示意图。

钢液温度控制中间罐内钢液温度通过加热过程输入的功率来控制。电渣中间罐加热大多是补偿热损失、使钢液过热度保持恒定，以确保铸坯质量。这时，所需输入功率与中间罐容量间的关系为：

P=125t0.68 (1)

在某种情况下，要求提高中间罐内的钢液温度，取决于加热速率的所需输入功率为：

P=(125+65R)t0.68 (2)

加热用渣系常用于电渣重熔过程的CaF2—Al2O3渣系，由于渣中CaF2含量高，对渣线部位罐衬侵蚀大，不适用中间罐电渣加热。可选用中性偏碱性的50%CaO+50%Al2O3或45%CaO+55%Al2O3渣系，这种渣具有较高的电阻，不含CaF，对罐衬侵蚀小，并能减少对环境的污染。采用CaO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系，在中间罐电渣加热过程中，钢液硫含量可显著降低。

工艺特点中间罐电渣加热的优点是：

(1)包衬预热温度高。在采用等离子或感应加热时，中间罐采用煤气或其他方式烘烤，罐衬温度很难超 过1000℃。而采用电渣加热时，在钢液注入中间罐前，可在罐内实现液渣保持，使罐衬预热到接近渣温，这就可消除第一炉钢液开浇后的短暂低温现象，提高连铸坯端部的质量，减少金属损失。

(2)热效率高。电渣加热是利用熔渣电阻热来加热金属，由于热产生在渣中，故不像等离子加热那样热辐射损失大，而是可以得到较高的热效率。

(3)加热均匀。采用电渣加热时，高温熔渣对中间罐内钢液进行全面加热，钢液温度较均匀，避免了采用等离子加热时钢液温度分布不均匀的缺点。

(4)熔渣具有良好的冶金反应能力。加热过程中，熔渣能很好地覆盖钢液，减少吸气。电渣加热用熔渣一般偏碱性，有利于脱硫与吸收非金属夹杂物，对钢液起一定的精炼作用。

(5)采用同钢种自耗电极可回收返回料。对低碳、超低碳钢种如不锈钢，可采用同钢种切头、切尾或某些报废钢材(如因表面缺陷报废的棒材等)作自耗电极，其消耗量为钢液总量的2%～4%，不影响铸坯冶金质量。

(6)设备简单，操作维修容易，投资省。对于相同容量的中间罐，电渣加热的设备投资是等离子加热的50%左右。

中间罐电渣加热也有其弱点：

(1)对浇注系统要求严。由于中间罐内布置有两根石墨电极，盛钢桶与中间罐之间难以采用浸入式长水口；中间罐内必须安装定径水口；在开浇及更换中间罐时，考虑到熔渣的存在必须采用专门的技术(包括浇注系统的设计及操作)。

(2)由于采用石墨电极，当控制或操作不当时，有可能使钢液增碳。2