电渣重熔原理
电渣重熔炉(ESR)的工作原理及特点
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
电渣重熔炉(ESR)的工作原理及特点
世界上第一台电渣重熔炉是于1930 年在美国诞生的，可是，后来世界上对电渣重熔炉进行大量研究、开发工作的当属原苏联乌克兰电焊机研究所。
1、电渣重熔炉的工作原理
电渣重熔炉是利用熔渣隔绝空气的保护方法来精炼某些钢或合金的一种
电炉设备。
电渣重熔炉的工作原理示意从发热原理来说，电渣重熔炉是一种电阻熔炼炉。
电渣重熔工艺是电极下端部浸埋在熔融的熔渣中。
交流电流通过高电阻渣池时产生大量热量，它把浸埋在熔融的熔渣中的电极端部熔化，熔化产生的金属熔滴穿过渣池滴入金属熔池，然后被水冷结晶器冷却后凝结成锭。
在此过程中，金属熔滴与高温高碱度的熔渣充分接触，产生强烈的冶金化学反应，使金属得到了精炼。
电渣重熔炉的关键技术是熔渣系统。
在电渣重熔炉中，熔渣的主要作用
有四点，即：热源作用、保护作用、成型作用和冶金化学作用。
真空技术网(chvacuum/)认为熔渣的化学成分对电渣熔炼产品的质量和技术经济指标有很大影响。
熔渣的特点是：
(1)具有较高的电阻率，在熔炼过程中能产生足够的热量，以保证金属熔化、升温和提纯。
(2)具有一定的碱度，因此其脱氧和脱硫效果好。
(3)不含有稳定的氧化物，如MnO、FeO 等。
(4)具有良好的流动性，以保证高温下的对流热交换和液态物理化学反应
充分进行。
(5)具有较低的熔点，通常比被熔金属的熔点低150-250 ℃，这使锭子成。
电渣重熔技术
电渣重熔技术电渣重熔技术是一种常用于金属废料回收的高效方法。
它通过电弧的高温熔化废料，然后利用极性电极和磁力场的作用，将金属从废料中分离出来。
电渣重熔技术具有高效、能耗低、环保等优点，被广泛应用于金属回收行业。
电渣重熔技术的原理主要包括以下几个步骤：首先，将待处理的金属废料放置在重熔炉中，形成一个电解池。
然后，在废料表面施加电弧放电，产生高温、高能的电弧和等离子体。
电弧的高温作用下，废料被熔化成电渣。
接下来，通过重力和离心力的作用，将金属从电渣中分离出来。
重力和离心力可以通过调整重熔炉的设计和操作参数来实现。
通常情况下，废料中的重金属更容易被分离出来，而轻金属则相对较难。
因此，在实际操作中，人们会根据废料中金属的特性来调整操作参数，以达到最佳的分离效果。
在金属分离的过程中，极性电极和磁力场的作用起到了重要的辅助作用。
极性电极会在金属分离过程中产生电场，引导金属离子向特定方向运动。
磁力场则通过施加磁场，改变金属离子的轨迹，加快分离速度。
除了金属分离，电渣重熔技术还可以实现金属精炼。
通过控制操作参数和添加合适的熔剂，可以去除废料中的杂质和气体，提高金属的纯度和质量。
电渣重熔技术的应用非常广泛，特别适用于处理高温金属废料，如废钢铁、废铜、废铝等。
它被广泛应用于钢铁、有色金属、电力等行业。
随着技术的不断发展，电渣重熔技术在金属回收行业的地位越来越重要。
总的来说，电渣重熔技术是一种高效、能耗低、环保的金属回收方法。
它通过电弧的高温作用将金属熔化成电渣，然后利用重力、离心力、极性电极和磁力场的作用将金属从电渣中分离出来。
电渣重熔技术不仅可以实现金属分离，还可以实现金属的精炼，提高金属的纯度和质量。
在金属回收行业中，电渣重熔技术发挥着重要的作用，对资源的循环利用具有积极的意义。
电渣重熔冶炼技术
电渣重熔冶炼技术
1 引言
电渣重熔冶炼技术是熔化废旧金属的一种方法，能够有效地回收金属资源，减轻资源的消耗和环境污染。
本文将从技术原理、设备结构、优点和发展趋势等方面介绍该技术。
2 技术原理
电渣重熔冶炼技术是通过电极向熔体中通入一定的电流和电压，使废旧金属在高温下熔化。
同时，添加一定量的草酸盐或碳化物，将金属污染物转化为易于脱除的渣滓。
熔融时，废旧金属中的杂质被转化为渣滓，可通过重力作用自然分层，而金属熔体则通过不同的喷吐器进行分离。
3 设备结构
电渣重熔冶炼设备主要由炉爐鼓风系统、电极导电系统、草酸盐或碳化物投加系统、喷吐与收渣系统等部分组成。
其中，炉爐主要由铁墙、保温层和炉底构成，电极通常采用水冷型，以防止焦化。
而草酸盐或碳化物的加入量和时间、喷吐器的数量和位置、加热方式等参数会影响电渣重熔冶炼的效果和质量。
4 优点
电渣重熔冶炼技术的主要优点是可以高效、环保地回收废旧金属，减少对地球资源的消耗和环境的污染。
此外，该技术还可以生产高纯
度的金属材料，广泛应用于工业生产。
5 发展趋势
电渣重熔冶炼技术已经成为国际铸造行业中广泛使用的一种高效、环保的回收技术。
未来，随着金属回收利用的重要性不断提升，电渣
重熔冶炼技术将在材料回收领域中扮演更为重要的角色。
同时，技术
革新和设备升级还将进一步提高电渣重熔冶炼技术的效率和质量。
6 结论
无论是从环保角度，还是从资源利用率的角度来看，电渣重熔冶
炼技术都是一种十分重要的回收技术。
未来，我们应该进一步加强对
该技术的研究和探索，为推动环境保护和可持续发展做出贡献。
电渣重熔技术
电渣重熔技术电渣重熔技术是一种应用于冶金和材料工程领域的高效能熔炼技术。
它通过在电弧和电流的作用下，将废旧金属或合金加热熔化，并在熔池中形成一个良好环境，以去除杂质并达到纯净的金属再利用的目的。
本文将介绍电渣重熔技术的工作原理、应用领域、优点和限制。
电渣重熔技术的工作原理是利用电弧在废旧金属表面产生的高温和高能量来使金属熔化。
在电弧作用下，金属表面产生高温和高压，将废金属熔化，并形成一个被称为熔池的液态金属池。
通过调整电弧和电流的参数，可以达到所需的熔化温度和熔化速度。
在熔池中，杂质会上浮到熔池的上部，并通过电磁力和重力分离出来。
纯净的金属会沉积在熔池底部，并通过预先安装的排放设备收集。
电渣重熔技术广泛应用于冶金和材料工程领域。
它可以有效地回收和利用废旧金属和合金，包括钢铁、铜、铝、镍、锡等。
此外，它还被用于处理冶炼过程中的废渣和副产品，如钢渣、镍渣、铝渣等。
电渣重熔技术在金属回收和资源再利用方面具有重要意义，可以减少对原材料的需求，降低能源消耗和环境污染。
电渣重熔技术的优点主要包括以下几个方面。
首先，它可以有效地去除金属中的杂质，提高金属的纯度和质量。
其次，它可以将废旧金属和合金完全熔化，降低了废旧材料的体积和重量，便于运输和储存。
此外，电渣重熔技术还具有较高的自动化程度和生产效率，可以实现连续操作和大批量处理。
然而，电渣重熔技术也存在一些限制。
首先，电渣重熔设备的投资成本较高，对传统的熔炼设备有一定的替代性。
其次，电渣重熔技术对金属废料的要求较高，需要较干净、无污染的废物以保证金属质量。
此外，电渣重熔技术对电能和冷却水的需求较大，对能源的消耗和环境影响也需要考虑。
综上所述，电渣重熔技术是一种应用广泛且效果显著的熔炼技术。
它可以对金属废旧材料进行高效利用和资源再生，具有重要的经济和环境效益。
未来，随着科技的不断进步和应用的推广，电渣重熔技术有望在金属回收和资源循环利用领域发挥更大的作用。
第七章 电渣重熔用渣
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
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具有良好的冶金反应的热力学和动力学条件
电渣重熔过程中渣池温度通常在1750℃以上，而电极 下端至金属熔池中心区域的渣温度可达1900℃左右。 因此重熔过程中渣的过热度可达600℃左右，钢液的 过热度可达450℃左右。高温的熔池促进了一系列的 物理化学反应的进行。
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。
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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。
在电渣重熔过程中，由于结晶器壁的强制冷却，使渣 池侧面形成凝固渣壳。在合理的电渣工艺制度下，金 属熔池具有圆柱部分。熔池在上升过程中由于金属液 体上升接触到凝固的渣皮时会使部分凝固的渣皮重新 熔化，使渣皮薄而均匀，金属在这层渣皮的包裹中凝 固，电渣锭会十分光洁。另外，渣皮的存在能减小径 向传热，有利于形成轴向结晶条件。
电渣重熔的基本原理
电渣重熔原理
2 电渣重熔原理2.1 渣池电渣重熔工艺的核心部分就是熔池。
金属从熔池上方进入渣池,然后被加热、熔化、精炼与过热,并且承受振动、搅拌与电化学作用。
因此,形成渣池并使其保持在合适的条件下,显然就是很重要的。
渣有如下几方面的作用。
(1)发热元件的作用重熔过程中热量通过焦耳效应产生,也就就是通常的电阻发热定律。
因此,应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。
所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0、2、0、ssl-cm ,熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。
显然,在该温度下,渣既要呈液态,又要稳定,所以重熔电流、电压、渣池深度与渣电阻率之间的关系很复杂。
好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。
(2)熔渣对于非金属材料来说就是熔剂当金属电极进入到渣池中时,电极端部达到其熔化温度,就会形成金属熔化膜。
当熔化金属与熔渣接触时,熔化的金属在汇聚成熔滴的同时,暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。
因此,渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质,为此,在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。
(3)渣就是电渣重熔工艺的精炼剂重熔过程中的化学反应主要部位就是电极端部渣／金界面,这里金属膜条件对于快速反应就是最理想的。
(4)涟起保护金属免受污染的作用渣对于反应成分来说,起着传递介质的作用。
由于金属在渣下熔化与凝固,被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化,而这种氧化在常规工艺中就是不可避免的。
另一方面,由于熔渣可以传递反应物质,如氧与水蒸气,所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。
(5)位形成结晶器衬由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下,那么熔渣与结晶器壁之间必定有凝固渣壳。
这层渣壳起着结晶器衬的作用,金属锭在衬里形成并凝固,至少在稳定操作条件下,渣壳起着上述作用。
在环形结晶器(短模)情况下,锭表面渣皮很少。
可能存在差异。
为了实现上述作用,渣必须具有某些相当明确的性质。
一般情况下,它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。
第七章 电渣重熔用渣
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ESR炉渣分类2：aF/b/c/d/e
60F/10/10/10/10：60%氟化钙和10% 其余各成分 50F/20/0/30：50%氟化钙， 20%石灰，没有镁砂 和30%的氧化铝，而这完全描述了组成，没有必 要用零来代表二氧化硅含量
34F/16/0/0/8/42Ti（俄罗斯引弧渣）：含有34%的
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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
CaF2 ， 16% CaO，8% SiO2和42%的TiO2。其它 氧化物，例如: ZrO2和TiO2所用甚少，而应放置在 SiO2之后并各加后缀Zr和 Ti
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ANF-6渣（70%CaF2+30%Al2O3 ，三七渣）
早期电渣重熔最广泛使用的渣系，它具有较好的综合工艺 性能及一定的脱硫、去除夹杂物的能力，但在使用过程中 存在一些缺点： 渣的比电阻低，熔渣发热量不足，重熔电耗高； 重熔过程中熔渣成分不稳定，影响重熔工艺稳定性； 因含有大量的CaF2，在重熔过程中产生大量有害的氟化物 气体，不仅有害操作人员健康，而且严重污染环境； 由于含有Al2O3，重熔钢中非金属夹杂物以脆性铝酸盐及刚 玉为主，影响钢的塑韧性。
粘度、表面张力和电导率。特别是当炉渣的 熔点需要降低到比使用CaF2时更低时使用氟 化镁。
简述电渣重熔的基本原理
简述电渣重熔的基本原理电渣重熔（Electric Arc Furnace, EAF）是一种利用电弧加热金属材料进行冶炼和熔化的冶金设备。
它主要用于炼钢、炼铁和回收废钢。
电渣重熔的基本原理是利用电弧高温加热金属材料，通过熔化和冶炼的过程得到所需的金属产品。
电渣重熔设备由炉体、电极系统、电弧延伸设备和渣口等主要部件组成。
在电渣重熔过程中，首先将被冶炼的金属材料装入炉体中，并注入包含硅、锰、铝等合金元素的冶炼剂。
然后将电极引入炉体，并与电源连接以形成电弧。
电力经电极入炉，经金属材料和冶炼剂导电，产生高温的电弧。
这个过程产生的电弧温度可以高达3000-6000，非常适合金属材料的熔化和冶炼。
电弧在金属材料中产生的热量加热金属材料，使其逐渐熔化。
与此同时，冶炼剂中的合金元素也被溶解并与金属材料混合。
通过搅拌装置和氩气吹扫，可以促进合金元素均匀分布和冶炼剂的氧化还原反应，以提高炉内温度和冶炼效果。
在电渣炉内部，金属和渣液被分离开来。
金属被收集并用于后续的制品生产。
而冶炼剂、非金属杂质和氧化物等形成的渣液则从渣口排出。
电渣重熔具有以下优点：1. 灵活性高：电渣炉可以适应不同种类的金属材料，包括低碳钢、合金钢、不锈钢等。
并且可以很容易地改变生产批量。
2. 节能环保：电力源不仅高效而且环保，可以大大减少废气和废水的排放。
同时由于占用面积相对较小，可降低土地和能源消耗。
3. 废钢回收：电渣重熔是废钢回收的关键技术。
通过电弧高温加热，废钢可以被迅速熔化并用于再生钢的生产。
这有助于减少对原始铁矿石的需求，降低能源消耗和环境污染。
4. 冶炼效果好：电渣重熔可以通过控制电弧温度、时间和熔炼剂的加入来控制冶炼过程，从而得到较高品质的金属产品。
并且电弧的强烈搅拌作用可以使金属熔体更加均匀，去除气体和非金属杂质。
然而，电渣重熔也存在一些局限性：1. 能耗较高：由于电渣重熔需要大量的电力供应，因此消耗的能源相对较高。
这也制约了电渣重熔的发展。
电渣重熔原理
２电渣重熔原理２.1 渣池电渣重熔工艺得核心部分就是熔池。
金属从熔池上方进入渣池,然后被加热、熔化、精炼与过热,并且承受振动、搅拌与电化学作用。
因此,形成渣池并使其保持在合适得条件下,显然就是很重要得。
渣有如下几方面得作用、(1)发热元件得作用重熔过程中热量通过焦耳效应产生,也就就是通常得电阻发热定律。
因此,应该确保渣阻与供给功率得电压、电流之间得正确平衡。
所用得大多数渣得电阻率在熔炼温度下为0、2。
0。
ssl-ｃｍ,熔炼温度通常比金属熔化温度高200 －—30０１C、显然,在该温度下,渣既要呈液态,又要稳定,所以重熔电流、电压、渣池深度与渣电阻率之间得关系很复杂。
好得电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。
(2)熔渣对于非金属材料来说就是熔剂当金属电极进入到渣池中时,电极端部达到其熔化温度,就会形成金属熔化膜。
当熔化金属与熔渣接触时,熔化得金属在汇聚成熔滴得同时,暴露得非金属夹杂将溶解在渣里。
因此,渣得成分必须能溶解杂质而又不影响其性质,为此,在重熔时必须采取连续调整渣成分得步骤。
(3)渣就是电渣重熔工艺得精炼剂重熔过程中得化学反应主要部位就是电极端部渣/金界面,这里金属膜条件对于快速反应就是最理想得。
(４)涟起保护金属免受污染得作用渣对于反应成分来说,起着传递介质得作用、由于金属在渣下熔化与凝固,被熔化得金属绝不会与大气接触而被直接氧化,而这种氧化在常规工艺中就是不可避免得。
另一方面,由于熔渣可以传递反应物质,如氧与水蒸气,所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。
(5)位形成结晶器衬由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下,那么熔渣与结晶器壁之间必定有凝固渣壳。
这层渣壳起着结晶器衬得作用,金属锭在衬里形成并凝固,至少在稳定操作条件下,渣壳起着上述作用、在环形结晶器(短模)情况下,锭表面渣皮很少。
可能存在差异。
为了实现上述作用,渣必须具有某些相当明确得性质、一般情况下,它得熔化温度应在被熔化金属得熔化温度以下。
电渣重熔技术
电渣重熔技术电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。
其主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。
经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。
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。
一九五八年，乌克兰德聂泊尔特钢厂建成了世界第一台0.5吨工业电渣炉，使电渣冶金进入了工业化生产进程。
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，但炉子容量不大，一般为0.5～2.5吨。
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。
1980年世界电渣重熔钢生产能力已超过120万吨。
随着电渣冶金的发展及金属材料要求的不断提高，钢锭大型化已成为电渣冶金发展的必然趋势。
最初各国工业电渣炉容量仅为0.5t，大一些的一般也不超过3吨。
八十年代中期，很多国家都有了50吨以上的电渣炉，就连印度这样的发展中国家也建立了88吨电渣炉。
多年来，国外电渣冶金已不满足于一般电渣锭的生产，在工业技术成熟的基础上向着更深更广的领域发展，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。
已开发出的工艺技术有：电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸及快速电渣重熔等。
尤其值得重视的是电渣熔铸异形件的发展，小到几十克重的不锈钢假牙齿，大到几十吨重的发电机转子，直至重量超过百吨的水泥回转窑炉圈等，均可不经锻造在异形水冷结晶器中直接熔铸成型。
现在电渣熔铸的主要产品有大型发电机转子、水轮机叶片、船舶柴油机大型曲轴、各种高压容器、大型环件、各类轧辊、模具、透平涡轮盘、厚壁中空管、石油裂化管、齿轮毛坯、三通管、核电站压水堆主回路管道等。
种类规格之多，形状之复杂不胜枚举。
除此之外，实用性较强，具有发展前景的还有电渣热封顶、电渣离心浇注及快速电渣重熔等。
电渣重熔原理
2 电渣重熔原理2．1 渣池电渣重熔工艺的核心部分是熔池。
金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。
因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。
渣有如下几方面的作用。
（1）发热元件的作用重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。
因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。
所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.ssl-cm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。
显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。
好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。
(2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。
当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。
因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。
(3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。
(4)涟起保护金属免受污染的作用渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。
由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。
另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。
(5)位形成结晶器衬由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。
这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。
在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。
可能存在差异。
为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。
一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。
操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。
电渣重熔原理
电渣重熔原理内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）2 电渣重熔原理2．1 渣池电渣重熔工艺的核心部分是熔池。
金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。
因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。
渣有如下几方面的作用。
（1）发热元件的作用(2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。
当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。
因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。
(3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。
(4)涟起保护金属免受污染的作用渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。
由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。
另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。
(5)位形成结晶器衬由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。
这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。
在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。
可能存在差异。
为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。
一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。
操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。
渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。
渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。
另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。
电渣重熔冶炼技术
电渣重熔冶炼技术电渣重熔冶炼技术是一种先进的冶金技术，其主要应用于金属材料的回收和再利用。
该技术利用电弧加热，将废旧金属材料熔化，通过电渣的作用，将杂质分离出来，得到高纯度的金属材料，从而实现资源的有效利用和环境的保护。
一、电渣重熔冶炼技术的原理电渣重熔冶炼技术是利用电弧加热将废旧金属材料熔化，通过电渣的作用，将杂质分离出来，得到高纯度的金属材料。
在电渣重熔冶炼过程中，电极和金属材料之间形成的电弧产生高温，将金属材料熔化。
同时，电极和金属材料之间的电流产生电渣，电渣起到了隔离空气和杂质的作用，使金属材料被分离出来，从而得到高纯度的金属材料。
二、电渣重熔冶炼技术的应用1. 废旧金属材料的回收和再利用废旧金属材料中含有很多有价值的金属元素，如铁、铜、铝等。
这些金属元素可以通过电渣重熔冶炼技术进行回收和再利用，从而实现资源的有效利用和环境的保护。
2. 金属材料的精炼和纯化电渣重熔冶炼技术可以将金属材料中的杂质分离出来，得到高纯度的金属材料。
这一过程可以对金属材料进行精炼和纯化，提高其质量和性能。
3. 金属材料的合金化电渣重熔冶炼技术可以将不同种类的金属材料进行熔合，形成合金材料。
这些合金材料具有更好的性能和应用价值，可以广泛应用于冶金、机械制造、航空航天等领域。
三、电渣重熔冶炼技术的优点1. 能够回收和再利用废旧金属材料，实现资源的有效利用。
2. 能够精炼和纯化金属材料，提高其质量和性能。
3. 能够将不同种类的金属材料进行熔合，形成合金材料，具有更好的性能和应用价值。
4. 能够实现无污染生产，保护环境。
四、电渣重熔冶炼技术的发展趋势随着社会经济的快速发展，金属材料的需求量越来越大。
电渣重熔冶炼技术的应用将会越来越广泛，发展前景十分广阔。
未来，电渣重熔冶炼技术将会更加智能化、自动化，实现无人化生产。
同时，电渣重熔冶炼技术将会与其他领域的技术相结合，形成更加高效、环保、节能的新型冶金技术，为人类的发展和进步做出更大的贡献。
电渣重熔原理
电渣重熔原理
电渣重熔是一种利用电流通过熔渣产生的热量进行金属精炼的方法。
其原理如下：
1.金属电极：将待熔炼的金属预先制成电极，电极通常为自耗电极，即金属本身。
2.熔渣层：在电渣重熔过程中，需要在结晶器底部形成一层高度为100-200mm的熔渣层。
这个熔渣层既能导电，又有一定的渣阻。
3.电流通过：将自耗电极插入熔渣层中，接通电源，使电流通过熔渣层。
电流产生的热量使熔渣温度升高。
4.金属熔化与净化：当熔渣温度超过自耗电极的熔点时，自耗电极被熔化。
熔化的金属以液滴形式从电极表面依靠重力穿过渣池。
在这个过程中，熔渣将金属材料中的有害元素及夹杂物吸附（收），实现金属的净化。
5.金属凝固：净化后的金属熔滴在渣池底部汇成熔池，在循环水的强制冷却下凝固，形成铸体本件。
6.控制系统：电渣重熔过程需要对电流、电压、熔渣成分等进行实时监控和调节，以保证熔炼质量。
电渣重熔主要用于获得国防工业、高技术方面的特殊钢或合金。
通过这种方法，可以提高金属的纯度、性能以及铸件的质量。
电渣重熔炉（ESR）的工作原理及特点
电渣重熔炉（ESR）的工作原理及特点
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
电渣重熔炉(ESR)的工作原理及特点
世界上第一台电渣重熔炉是于1930 年在美国诞生的，可是，后来世界上对电渣重熔炉进行大量研究、开发工作的当属原苏联乌克兰电焊机研究所。
1、电渣重熔炉的工作原理
电渣重熔炉是利用熔渣隔绝空气的保护方法来精炼某些钢或合金的一种
电炉设备。
电渣重熔炉的工作原理示意从发热原理来说，电渣重熔炉是一种电阻熔炼炉。
电渣重熔工艺是电极下端部浸埋在熔融的熔渣中。
交流电流通过高电阻渣池时产生大量热量，它把浸埋在熔融的熔渣中的电极端部熔化，熔化产生的金属熔滴穿过渣池滴入金属熔池，然后被水冷结晶器冷却后凝结成锭。
在此过程中，金属熔滴与高温高碱度的熔渣充分接触，产生强烈的冶金化学反应，使金属得到了精炼。
电渣重熔炉的关键技术是熔渣系统。
在电渣重熔炉中，熔渣的主要作用
有四点，即：热源作用、保护作用、成型作用和冶金化学作用。
真空技术网(chvacuum/)认为熔渣的化学成分对电渣熔炼产品的质量和技术经济指标有很大影响。
熔渣的特点是：
(1)具有较高的电阻率，在熔炼过程中能产生足够的热量，以保证金属熔化、升温和提纯。
(2)具有一定的碱度，因此其脱氧和脱硫效果好。
(3)不含有稳定的氧化物，如MnO、FeO 等。
(4)具有良好的流动性，以保证高温下的对流热交换和液态物理化学反应
充分进行。
(5)具有较低的熔点，通常比被熔金属的熔点低150-250 ℃，这使锭子成。
电渣重熔的原理与特点
电渣重熔的原理与特点
摘要：电渣重熔技术是用电解分解合金渣得到重熔块，并利用重熔块进行冶炼的技术。
电渣重熔的原理是，电渣重熔电解槽内的电解液作用下，电解液与重熔物质的反应，使重熔物质转化为重熔块，并将重熔块从电解槽中取出，进行熔炼，从而实现电渣重熔的目的。
电渣重熔的特点是：1、渣中金属元素回收率高，理论回收率可达到99.99%以上；2、渣中重金属和有毒有害（As、Hg、Cd等）回收率也很高，重金属含量控制在排放标准以下；3、对重金属的回收是有效的；4、操作简便，操作成本低，可应用于工业过程；5、耗电量小，电渣重熔技术需要的电流数量最大不超过1000A。
电渣重熔技术以电解分解形式回收渣中重金属元素，简化了传统冶炼技术中的操作程序，大大降低了投资和成本，还可有效减少污染。
电渣重熔技术受到国内外企业的欢迎，应用前景广阔。
- 1 -。
电渣重熔
1 电渣重熔概念电渣重熔（ESR）是利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金母材，液体金属以熔滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属熔池内，即渣洗清洁钢液，钢锭由下而上逐步结晶。
电渣重熔一般是在大气中进行，也可用氩气保护。
电渣重熔后并不能降低气体和夹杂物的含量，只是降低大颗粒夹杂物含量，并且使夹杂物弥散分布使夹杂物的有害作用降低至最低。
电渣重熔获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭。
重熔时合金得到进一步精炼，夹杂物去除是通过渣洗和在熔池中上浮。
合金的持久性能和塑性都得到提高，消除或减轻了各种宏观和显微缺陷。
如果需要进一步降低钢中气体需要进一步的真空自耗处理。
电渣设备简单，投资省。
最简单地说电渣重熔就是采用了电焊的原理。
电渣炉机械结构设计简单，但是传动机构采用滚珠丝杠比较流行。
目前，国外著名的电渣炉制造厂家，如美国的CONSARC、德国的ALD和奥地利的INTECO 等公司均采用基于PLC和工控机的2级计算机控制系统，能实现整个重熔过程的设备和工艺的全自动控制。
东北大学从20世纪90年{BANNED}始研制以液压传动或滚珠丝杠传动为核心的新型机械设备，以工控机和PLC为硬件，以专家控制为软件的智能化计算控制系统的新一代电渣炉，目前已有近20台设备成功应用于国内的工业生产中，使用效果良好。
2 电渣炉设备组成电渣炉通常有三部分组成：机械系统、供电系统、控制系统。
电渣炉的机械系统从机械结构上分为双支臂和单支臂两种；它主要由结晶器平台、支撑立柱、横臂(含升降旋转台车)、电极升降机构、电极夹持器、、假电极等组成；目前，电渣炉的升降机构大部分采用丝杠传动和钢丝绳传动两种；丝杠传动相对钢丝绳传动而言，较为平稳，对小型电渣炉尤其合适；但是，丝杠传动在电极升降调节时，其丝杠与丝母由于制造、安装的误差，使其在传动时有一定的间隙，限制了它的响应速度，影响了系统的调节精度；因此，少量新型电渣炉采用了液压驱动电极升降；液压驱动具有响应速度快、调节平稳、系统控制准确等优点，但由于增加了液压系统，造价相对较高。
电渣重熔原理
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
图3 显示了传统的浇铸法与电渣重熔所获得的钢锭的 组织的区别，铸模里大量的钢液同时凝固导致了偏 析，偏析的程度取决于多相组织凝固的结晶行为，局 部非金属夹杂的累积及显微缝隙和缩孔是不可避免的。
在电渣重熔过程中电极的熔化和熔融金属的结晶是同 时进行的。钢锭的上端始终有液态金属熔池和发热的 渣池，既保温又有足够的液态金属填充凝固过程中因 收缩产生的缩孔，可以有效的消除一般钢锭常见的疏 松和缩孔。同时金属液中的气体和夹杂也易于上浮， 所以钢锭的组织致密、均匀。
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
整个过程始终在液态渣层下进行而与大气隔 绝，因而最大限度的减轻了大气对钢液的污 染，减少了钢液的氢、氮的增加量和钢的二次 氧化，而且现在有的电渣重熔在冶炼过程中实 行干燥空气的保护，进一步减少了增氢的可能 性。另外，由于熔化和凝固均在水冷铜质结晶 器中完成，因而没有普通冶炼方法由于耐火材 料造成对钢液的污染的缺点。
2）具有良好的冶金反应的热力学和动力学条件
电渣重熔过程中渣池温度通常在1750℃以上，而电极 下端至金属熔池中心区域的渣温度可达1900℃左右。 因此重熔过程中渣的过热度可达600℃左右，钢液的过 热度可达450℃左右。高温的熔池促进了一系列的物理 化学反应的进行。
良好的动力学条件还表现在电渣重熔过程中钢渣能充 分接触。在电极熔化末端、熔滴滴落过程及金属熔池 的三个阶段中钢渣接触面积可达3200mm2/g以上，反应 进行得十分充分。同时在电磁力的作用下渣池被强烈 搅拌，不断更新钢渣接触面，强化了冶金反应，促进 了有害杂质元素和非金属夹杂物的排除。
电渣重熔的基本原理
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2 电渣重熔原理2．1 渣池电渣重熔工艺的核心部分是熔池。
金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。
因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。
渣有如下几方面的作用。
（1）发热元件的作用重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。
因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。
所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.ssl-cm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。
显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。
好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。
(2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。
当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。
因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。
(3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。
(4)涟起保护金属免受污染的作用渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。
由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。
另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。
(5)位形成结晶器衬由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。
这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。
在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。
可能存在差异。
为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。
一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。
操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。
渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。
渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。
另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。
渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。
渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。
渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。
但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。
表面张力也影响杂质溶解机理。
2.2 渣成分和渣组成电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1203)、二氧化硅（Siq）为主，其他元素可少量存在，如二氧化钛M OZ）或氟化镁(MgF2 )。
本书采用将Ca凡先列出来，在它的质量分数之后加上“F’’。
余下的组成（即氧化物）按照CaO, Mgo, A1203, Siq且碱度降低的顺序列出，并且只列出质量分数。
通用公式是 a F/b/c/d/e，即a＝w (CaF2) b＝w (CaO) c＝w (Mgo) d＝w（Al2O3）e＝w (SiO2)如60F/10/10/10/10渣含60％的CaF2，余下的每种成分均为10%。
又如50F/20/0/30渣含50 % CaF2, 20 % CaO, 30 % A1203,无Mgo。
当完全按照这种方法叙述成分时，如果w(Siq)二0，就不必将之表示出来了。
表2.1就是用这种方法列出的常用渣。
[18]2.2.1 CaF2-CaO-A12仇渣系电渣重熔使用的许多渣都限定于CaF2-CaO-A1203渣系。
这个渣系组成图已被广泛研究。
图 2.1是最常用的。
它的主要特点是共晶点上A1203和CaO的比例大致相同。
从图2.1可看出，这个范围内的渣液相温度在1350一1500`-，这适合于范围广泛的合金，包括钢和超级合金，这些钢和合金是电渣重熔工艺的主要产品。
该三元渣系的另一个特点是，在高氟化钙低氧化钙区域存在两个液相区。
虽然这个区域不能延伸到Ca凡-A12伍二元渣系．但认为实际结果是可能的。
因为存在大量的氟化钙水解产品—氧化钙，而成为这个区域的成分。
70F/0/0/30是一种流行渣，该渣应尽可能不使用氧化钙，其目的是阻止吸氢。
但是，似乎没有因两个液相区的存在而产生任何实际间题。
为避免两个液相区存在，采用高三氧化二铝含量渣，在重熔原理上可能有可取之处。
CaO-AI2岛二元渣系中有一个适合渣和熔炼特性的有限区，使用该区域渣其成功程度不一。
在需要高脱硫情况下，已经成功地使用CaF2-CaO二元渣系。
由于这个渣系电阻率低，以致大多数情况下需加入A12q，由于规定A12q 中不得含有金属铝，所以加入A120：并不改变工艺的化学作用。
高氧化钙含量容易招致吸潮，即增氢的危险，因此，必须避免可能遇到的氢的问题。
2.2.2 氧化镁的作用在Ca凡-A12仇渣系中，加入M四对渣的液相温度影响不大，在富氟化钙角，渣熔化温度在1400一1600℃范围内（见图2.2），并且共晶点成分约等于MgO和A12O3 含量。
同样，在CaO- MgO-A1203渣系中，富氟化钙角有相同温度范围，三元共晶成分相当于71F/19/10，液相温度为1343`C。
2.2.3 氧化铁的作用除非采取严格措施，否则在渣中要避免氧化铁存在是困难的。
在精炼过程中，氧化铁这种化合物起着关键作用。
氧化铁通常以"FeO”形式存在，不管它是否有严格的化学计量成分。
这种氧化铁在CaO-Ca凡渣中具有非常低的溶解度，而且有两种液体生成区（见图2.3）。
这种氧化铁的活度系数非常高，低氧浓度可导致高氧势，但是，超过40％的A1203渣位于两个液体区域范围之外，此情况下，氧化铁的活度不再增高。
2.2.4 二氧化硅的作用最初，二氧化硅是被排除于许多重熔渣之外的，怕它破坏精炼效果，特别是脱硫，然而这种影响不像最初想像的那样严重。
可能是由于这样的事实，倘若w (Siq)<10%，在CaO-A1203和CaF2-CaO-A12几渣里二氧化硅的作用是非常小的。
2.3 电行为如前所述，电渣重熔过程中所需要的热是由渣池焦耳效应产生的，应避免电极与渣之间产生电弧，当电弧穿过电极与渣之间的间隙时，会导致金属的氧化，这是所不希望的。
然而可用电弧来增加熔速，但金属质量的恶化令人沮丧。
2.3.1 电流通路就渣的实际作用，可将其视为电阻元件，其横断面积介于电极和结晶器横断面积之间。
如果根据一般的定律，可以采用如下公式叙述这种情况：L ＝V A/Iρ式中，L—电阻通路长度，大约等于渣池深度或渣面与金属面之间的距离；V- 渣电压降；A—电流通路有效横断面积。
有人采用电极横断面积，有人采用结晶器横断面积，最好取两者平均值；I—电流；ρ－渣的电阻率。
而实际电路要复杂得多。
首先是渣池内电路分布是不均匀的，这是因为受渣池温度差、搅拌的影响，或渣池内金属溶滴存在的影响，使电阻率比纯渣低；在导电时，粗电极发庄集肤效应；其次是实际电流通路很少完全限制在电极一渣一熔池通路之间，结晶器也常流过一些电流。
电路可能性变化可用图2.4表示。
在渣池顶部渣面通常是上升的，除使用短结晶器操作，当抽锭或抬结晶器时，渣面才不上升。
液体渣与结晶器壁接触就可能有电流流过，至少是瞬间的。
本书认为，倘若最初电流密度130A/cm2，那么电流就可以继续流动。
这就是说，在渣池表面有一导电圆窄带。
当然结晶器流过电流必须有回路存在。
这样的通路在活模操作时是存在的，因此结晶器与底水箱有电接触。
而在短模操作时某些操作者使用粗导线连接。
如果无自然回路，电流可能在某一点返回到锭，这样锭和结晶器壁之间的绝缘就被破坏。
绝缘破坏可能由渣破损引起，也可能由轻微爆炸产生的金属细珠的存在或渣里夹有金属熔滴（尽管后一种现象很少见，但已观察到）引起。
前苏联研究者指出，如果电流流过固体渣，渣可能表现为半导体，并产生整流和电解作用，锭子的分流眼和结晶器损坏可归于这种作用。
渣池的实际电阻改变是由几种因素引起的，就像上面叙述的那样。
熔滴存在将降低电阻，可以预料熔速越快，电阻将越低（其他条件不变），因为高熔速穿过渣的金属体积将越大，这已由实验所证实。
电阻与电极浸入深度之间已被描述成如图2.5所示的关系。
电极浸入深度浅的情况下，电阻随浸入深度迅速变化，这种情况被用做维持恒浸入深度的控制信号。
使用交流电时已经认识到集肤效应对电流分布的影响。
由于电磁作用以及电流方向的不断改变，流过大直径导体的主要电流是接近导体表面流过的。
电流渗透深度可以通过下式计算： 12()d F Dμπσ-= 式中，d －电流渗透深度；D －电极直径；μ－材料磁导率，H/m ；F －电源频率，Hz ；σ－电导率，S/m 。
用小电极，如直径小于 200mm 的钢电极，电源频率为 50Hz 时，其集肤效应可以忽略。
使用磁钢．当温度上升到居里点以上时，渗透性将急剧下降．以致电极顶部电流渗透深度比电极冷的部分高得多，电流分布类似于图2.6。
此图是通过将短粗棒连接到电极上而得到的。
在高电流情况下短棒表面能被加热到红热状态，用同样直径的奥氏体棒就不会这样，除非它们的电阻率很高。
当然，可通过使用多根小电极代替一根大电极来降低集肤效应。
低频熔炼也可以降低集肤效应，正是由于这一点，生产大锭时广泛使用低频电源。
托马斯（Thomas ）研究了电极端部效应并且得出如下结论，浸入深度较浅时，电流完全均匀分布，较深的浸入会导致电流向中央集中。
这分别与所观察到的平的和尖的电极端部与浅的和深的浸入深度一致，并且也说明了电阻一浸入深度之间的变化关系。
2.3.2 渣池中电流、功率和沮度分布(1)电流熔渣中的电流分布由于渣运动、热对流、温度差、电极冷却作用以及熔化热使之复杂化。
关于这个间题，已经通过几种方式进行了详细研究。
卡瓦卡米（Kawakami ）使用热电偶和探测器系统测出直流电渣重熔渣池中局部温度和不同点的电位，并绘制出其关系图，如图2.7所示。
米契尔和焦希（Toshi ）也得到了类似的结果。
劳逊（Rawson ）通过导电纸使用类似方式再一次测得等电位线图。
所有这些情况都是假定电流垂直流过这些导体的。
可以观察到最高热产生是直接在电极之下。
萧德哈瑞（Choudhary）和桑克利（Szekly）指出，大锭子每单位体积渣产生的热比小锭子要低。
在熔滴形成并悬挂于电极顶部，快脱离电极之前电的状态发生轻微变化，在小锭子上特别明显。
这与康普比尔（Campbell）在透明模型中所观察到的情况一样。