具有发展潜力的电渣冶金技术

第19卷第4期 2009年4月

中国冶金China M etallurg y

Vo l.19,N o.4Apr il 2009

具有发展潜力的电渣冶金技术

董艳伍1,2, 姜周华1, 李正邦2

(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004; 2.钢铁研究总院,北京100081)

摘 要:为了提高铸锭质量,降低生产成本,电渣冶金涌现出许多新的技术,介绍了几种具有发展潜力的国内外电渣冶金新技术,包括弧渣重熔、洁净钢形核铸造、单极电渣快速重熔、双极电渣连铸、旋转电极重熔技术和液态金属电渣冶金技术。

关键词:弧渣重熔;形核铸造;电渣连铸;电渣冶金

中图分类号:T F 142 文献标识码:A 文章编号:1006 9356(2009)04 0001 07

Electroslag Metallurgy T echnology With Potential for Development

DONG Yan w u 1,2, JIANG Zho u hua 1, LI Zheng bang 2

(1.Schoo l o f M aterials and M etallurg y,N ort heastern U niv ersity ,Sheny ang 110004,L iao ning ,China;

2.Central Iro n and St eel Research Institut e,Beijing 100081,China)

Abstract:In order to impr ove quality of cast ing and decrease pro duct co st ,many new electr oslag remelt ing technolo g y emer ge.T his paper intro duce so me new techno log ies ov erseas and domestic,including arc slag remelting,clean met al nucleated casting,continue pro ductio n o f electr oslag w ith sing le and do uble electr odes,electr oslag r emelting technolog y w ith ro tatio n o f the co nsumable electro de and elect roslag techno lo gies w ith liquid metal.Key words:a rc slag remelt ing ;nucleated casting ;electr oslag continue casting ;electr oslag metallurg y

作者简介:董艳伍(1978 ),男,博士研究生; E mail :yan wu _don g@; 修订日期:2008 10 29

1940年美国H opkins [1]申请了电渣冶金的专利以后,从此电渣冶金技术开始引起人们的重视。时至今日,电渣冶金技术在高温合金、精密合金、电热合金等生产领域占有重要地位,生产钢种达到400多个。

随着电渣冶金技术的发展,目前又出现了许多新的电渣冶金设备和生产工艺[2~5],这些设备和工艺都具有一些独特的优点和长处,使电渣冶金技术再次显示出强烈的生命力和广阔的应用前景。本文将介绍几种国内外新近开发的电渣冶金新技术,在国内还很少有相关的报导。

1 弧渣重熔技术

弧渣重熔(Arc Slag Remelting ASR)是前苏联巴顿电焊研究院开发出来的,属于电渣重熔技术的一种,它吸收了电渣重熔和真空电弧重熔的优点。1.1 弧渣重熔设备及特点

图1和图2是弧渣重熔技术[6]

的两种应用形式简图,图1的弧渣重熔设备是在传统电渣重熔炉结晶器的上部安装了一个加料器,可以通过加料口向其中加入渣料,同时加料器还将周围大气与熔炼室隔离开。

1-铸锭; 2-金属熔池; 3-渣池;4-电弧; 5-自耗电极; 6-水冷结晶器;

7-加料闸门; 8-电源

图1 使用实心自耗电极的弧渣重熔Fig.1 Schematic of arcslag remelting of the

solid consumable electrode

中国冶金第19

卷

1-铸锭; 2-金属熔池; 3-渣池; 4-电弧; 5-中空自耗电极; 6-结晶器; 7-电源

图2 使用中空电极的弧渣重熔

Fig.2 Schematic of arcslag remelting of hollow

consum able electrode

图2所示的弧渣重熔设备是在真空电弧重熔炉基础上安装了密封装置而构成的,但在重熔时加入渣料,并使用中空电极,可以从中空电极的孔道通入气体,实现对重熔气氛的控制。正由于ASR 设备与ESR 和VA R 的设备密切联系,可以将现有ESR 和VAR 设备很方便的转换成ASR 设备。

1.2 弧渣重熔技术特点及应用

图2所示设备重熔时,电弧柱直接作用于钢液面上,同时具有一定的保温作用的环形渣池的存在,还促进了金属熔池的外围加热作用,使金属熔池的受热更均匀,所形成的金属熔池比VAR 和ESR 浅平。在高温下,金属和熔渣形成一部分蒸气,都参加到电流的传输过程中。电弧区域温度高达2000 左右,钢中的一部分氧化物夹杂在此温度下可以分解,而不分解的夹杂物可以被熔渣吸收,因此ASR 具有比VAR 更好的提纯精炼效果。

供电制度是A SR 过程最重要的参数,ASR 的供电制度主要决定于电极直径,如图3所示,电极直径小于150mm 左右时,重熔过程的能量密度强烈依赖于电极直径,而当电极直径大于150mm 左右时,重熔过程的电流密度对电极直径的依赖性大大降低,实验研究表明A 区的熔炼处于非稳态条件

下,而B 区则处于稳态条件。ASR 与ESR 技术相

图3 使用不同直径电极的稳态(B)

和非稳态(A)条件

Fig.3 Regions of steady (B)and non steady (A)

rem elting conditions using electrodes

of different diameters

比,ASR 技术能耗降低了大约30%左右,渣量消耗也仅为电渣重熔的50%。

从中空电极的孔道吹入氮气,吹入的氮气被电弧离子化,改善了钢液吸氮的热力学和动力学条件,可以生产高氮钢,应用ASR 技术能生产直径860m m,高度1900mm,重达8t 的M n18Cr18N 钢。

2 洁净钢形核铸造技术

2.1 设备及特点

洁净金属形核铸造技术(Clean M etal Nucleat ed Casting CM NC)集电渣重熔和喷射冶金为一身,既保留了电渣重熔的优点,也继承了喷射冶金的长处。

设备的熔炼系统[7]

为传统的ESR,如图4所示,但在结晶器渣池位置中部设有绝缘部件,避免结晶器的分流,并采用了双回路供电,使电流密度更均衡。此设备既可以使用自耗电极,也可以使用非自耗电极进行重熔,在使用非自耗电极时,非自耗电极材质必须合适,否则表面需要涂上适当的材料,以避免对钢水造成污染。

CMN C 技术中,电渣重熔形成的钢液从结晶器底端流出,在雾化喷头作用下形成被加速的雾化液滴。由于雾化液滴较大的表面积和相对速率,加之和周围气体之间温差较大,很快就被其周围气体所冷却,最后落入半固相金属熔池铸模中。

雾化而成的小颗粒液滴在下落过程中完全失去其热量,当它到达铸模钢液面以前已完全凝固,在铸模的半固态熔池中可能被重新熔化,而大颗粒液滴仍然是液体状态,中等颗粒的液滴呈半固相状态,通过合理的控制,可以使那些已经凝固的小颗粒液滴作为形核点,促进凝固。

2