大型电渣重熔值得注意的几个问题

大型电渣重熔值得注意的几个问题

No.1

January2011

《大型铸锻件》

HEA VYCASTINGANDFORGING

大型电渣重熔值得注意的几个问题

向大林

(上海重型机器厂有限公司,上海200245)

摘要:大型电渣重熔作为生产100t以上直至300t重大锻件用巨型钢锭的理想方法,正在被更多的人们所

关注.本文回顾了电渣重熔的大型化缘起和发展.根据200t级电渣炉的实践经验,讨论了大型电渣重熔一些

值得注意的问题,如设备与工艺,特大电流短网,低氢控制,均匀性控制等.

关键词:大型电渣重熔;200t级电渣炉;设备与工艺;大电流短网;低氢控制;均匀性控制

中图分类号:TFI4文献标识码:B SomeProblemsMeritingAttentioninLarge—scaleESR

XiangDalin

Abstract:Large—scaleESRisbeingspreadasanidealprocessofmanufacturinggiganticingotsfor100tupto3O Ot

monoblockforgings.Originanddevelopmentoflarge—scaleESRwerelookedbackinthispaper.Someproblemsmeriting

attentioninlarge—scaleESR,suchasequipmentandtechnology,excessivecurrentshoanet,lowhydrogencontr ol,homo-

geneitycontroletc.,werediscussedonthebasisofproductionpracticeofthe200t-classESRfu

rnace.

Keywords:large—scaleESR;200t-classESRfurnace;equipmentandtechnology;excessivecurrentshortnet;lo w

hydrogencontrol;homogeneitycontrol

随着重大型装备向高参数,大容量发展,大锻

件的尺寸,吨位也越来越大,如第三代核电

AP1000反应堆压力容器法兰接管段筒体需要

600t以上的钢锭来制造,汽轮机低压转子交货尺

寸长11in,直径最大达2.8Ill,锻件重量达365t,

钢锭重量要达到700t.而且锻件的质量和性能

要求越来越高,锻件报废的风险也不断加大.钢

锭的冶金质量是获得优质大锻件的基础和先决条

件,在大锻件生产中起关键性作用.为了保证大

锻件质量,降低废品率,生产高均匀性,高纯净度

金属材料的电渣重熔越来越受到青睐.近些年,

国内外都在纷纷上马大型电渣炉生产大锻件用钢

锭.但电渣重熔本是一种生产小锭的特种熔炼技

术,而且是在20世纪50年代末,60年代初才发

展起来的.苏联巴顿电焊研究所(MH—

TaneKTpOCBapKHHM.E.O.HaTOHa)把电渣焊的

相似过程移植到冶金领域,1958年5月,在德聂

伯特殊钢厂(3aBO~《)Inerapo—cnei~cTanb>>)建立

了第一台工业电渣炉(P909型),生产直径500

mm,重500kg的电渣锭,电渣重熔技术才开始实

际工业应用叫.迄今为止,电渣重熔只有5O多

年短暂历史.

50多年来,电渣重熔的大型化颇费周折,获

收稿日期:2O10—1O—26

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得成功的案例并不多,这个现象引人深思,令人费解.本文通过对电渣重熔大型化发展过程的简要回顾,结合笔者从事200t级电渣炉技术工作30 年的实践经验,提出一些值得注意的问题并加以讨论,供大型电渣炉的同行参考.

1大型化的开端——10Ot电渣炉(1965年)

钢锭的生产通常分为两步,即熔炼和浇铸,而

电渣重熔则把熔炼和浇铸两道工序合二为一.在同一个金属模内,两道工序同时进行,同时完成, 而且锭模是强制水冷.电渣重熔过程中,金属在渣池中以薄膜形式微量熔化,渣/钢反应接触面大,渣温高,渣池活跃,金属受到熔渣强烈有效的精炼净化.在重熔和铸锭同时进行的过程中,钢水始终不接触耐火材料,不接触空气,免受耐火材料污染和二次氧化.特别是,钢锭凝固条件优越, 是在强制冷却的,很陡的温度梯度条件下进行,具有定向渐进结晶特点.因此,在炉外精炼还不普遍也不发达的当时,电渣重熔的出现,显示出强大的生命力,各国竞相开发,纷纷采用.20世纪60 年代,电渣重熔迅速发展成为包括我国在内的世界各国生产高纯净度,高均匀性,耐高温高压,耐腐蚀磨损,抗冲击疲劳,抗中子辐照等质量要求苛刻的金属材料的主要冶金方法.

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January2011

中国科技人员睿智卓识,对这一新生事物表

现出极大的敏感性.电渣重熔既从内部创造了精炼净化金属的良好条件,又从外部杜绝了夹杂物的来源,尤其具有对于结晶至关重要的优越的冷却条件,而且它把熔炼和铸锭两道工序合二为一, 为解决当今世界上大钢锭的"纯净度"和"均匀性"两大冶金质量难题提供了将两者紧密结合的最佳条件.同时,电渣重熔设备简单,投资很少,工

艺灵活,适应性,可控性强,操作易于掌握,质量可

靠性高,经济合理有效.这些都是其他冶金方法无可比拟的.因此,电渣重熔问世不久,他们就迅速

将这种本来是生产小钢锭的技术创造性地引人大型铸锻件行业,用以生产大锻件用优质大型钢锭. 1965年,很多国家包括一些工业发达国家刚

刚开始起步研究电渣重熔技术,世界电渣炉的容量还仅仅在几吨的范围,在沈鸿及林宗棠的倡导和组织下,上海重型机器厂就已建成了100t的3相大型电渣炉(图1).这是世界上最早的大型电渣炉,也是当时世界上最大的电渣炉.其结晶器直径为1500mm和2100mln两种,内胆为钢质,是由3 节叠合而成的固定式长结晶器(1650mm×3).

图1100t电渣炉

Figure1100tESRfurnace

重熔启动用自耗电极炉内化渣.渣料中常常

有30%～50%的一次返回渣,渣化清即用A1块

对炉渣进行预脱氧,渣池深度(350～380)mm.

重熔过程中控制熔化速度,并用Al粉或/和ca.si 粉对炉渣进行脱氧.同时每隔(2～3)h取渣样和

钢样分析,根据分析结果随时调整脱氧制度.自

耗电极由原有1t小电弧炉生产,以小拼大,用50