电渣重熔工艺技术培训课程.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100t ESR锭，直径2300mm，重80t 汽轮机转子用特大型钢锭（26NiCrMoV 115）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AISI H11 (X38CrMoV5-1) 横向韧性性能影响 38NiCrMo4 冲击韧性at 750 N/mm2 (直径750 mm) 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 r U2 R X 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