第七章 电渣重熔用渣
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
(2) CaO
渣中加入CaO将增大渣的碱度，提高脱硫效
率，在CaO加入量为40％情况下，脱硫率最 高可达到85％；而且CaO的加入能够降低渣 的电导率。但是CaO吸水性强，易带入氢和 氧，造成钢增氢增氧。
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(3) Al2O3
能明显降低渣的电导率，减少电耗，提高生产率。 例如CaF290％+ Al2O310％，在1650℃时，电导率 降为3.34Ω-1· cm-1；如果Al2O3增加到30％，电导率 将降为1.75Ω-1· cm-1。但是渣中Al2O3增加，将使渣 的熔化温度和粘度升高，并将降低渣的脱硫效果， 另外会使重熔过程难以建立和稳定。一般Al2O3的 含量不大于50％。
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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。
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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(5) SiO2
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。
冶炼技术课件——第七章 特种冶炼
电磁力的产生和对钢液的作用
处在强磁场中的钢液受到电磁力 的作用产生强烈的运动。磁场对 钢液的这种作用称为电磁搅拌作 用。钢液在电磁力的作用下产生 运动，而钢液的运动又带来了一 系列包括有益的和有害的结果。
坩埚的分类及质量要求
坩埚的分类 (l)按材质分类。 A 碱性坩埚：B酸性坩埚： C中性坩埚： （2)按制作方法分类。 A炉外成型预制坩埚 B炉内成型坩埚 C砌筑式坩埚 2）坩埚的质量要求 （l)坩埚应具有高的耐火度。炼钢用坩埚为1700℃ （2) 制作坩埚的耐火材料必须有良好的物化稳定性。 （3）抗钢液的化学浸蚀性。 （4)耐急冷急热性。 （5)高温强度。 （6)一定的绝缘性能，以免被击穿。 （7)无污染、无害和成本低廉。
第七章 特种冶炼
第一节感应炉冶炼 第二节电渣重熔冶炼
感应炉冶炼
感应电炉的基本电路
感应炉的加热过程
感应电流的分布特征
炉料的最佳尺寸范围和电流
透入深度的关系。 电磁力的产生和对钢液的作用
坩埚容量和电源频率的关系 坩埚的分类及质量要求
感应电炉的基本电路
感应炉的加热过程
交变频率的电流通过坩埚外侧的螺旋形水冷线圈时，在线圈所包 围的空间和四周产生了磁
电ag Remelting)，简称ESR，是利用水 冷铜模和自耗电极在熔渣中熔化精 炼，快速凝固得到高质量钢锭的方法。 该设备以熔渣的电阻做发热源，以炉 渣和钢液物化反应清洗钢中夹杂物生 产特殊钢和合金。
电渣重熔基本原理
在熔铸的过程中，自耗电 极的熔化、钢水的净化和 填充以及顺序凝固终不断 地进行，直到结晶器被全
部充满，完成全部熔铸 过程。
1曲线由上到下渐渐呈现。
e-数学常数，e=2.718。当x=△时
Ix =IAe-1△ 将e值代入上式后得
电渣重熔 熔渣的 物理化学 性能简介
电渣重熔熔渣的物理化学性能简介张东泽(power)熔渣的物理化学性能简介一、电渣熔铸对渣的要求在电渣熔铸过程中，液态渣具有十分重要的作用，其功能主要为:1、熔铸热源2、控制熔铸金属的化学成分3、净化作用4、绝缘隔热质作用5、创造了一个温度高于金属熔池的贮热地渣在电渣熔铸过程中起着十分重要的作用，为了满足各项技术经济指标的要求，必须从相图、界面张力、粘度、比电导、密度、比热、蒸汽压、透气性等项物理化学性质进行综合考虑，才能选中合理的渣型。
二、相图电渣熔铸的渣系主要组成是CaF2?CaO、MgO和Al2O3，也有包含镁和钡的氟化物及钡、钛氧化物，当重熔低熔点的金属或合金时也有采用氟化渣系，电渣按成分分类可分为:(1)仅由氟化物组成的;(2)由氟化物及氧化物组成;(3)仅由氧化物组成的。
而在电渣铸熔中普遍应用氟化物-氧化物渣系，它有指化钙-氧化钙、氟化钙-氧化铝、氟化钙-氧化钙-氧化铝、氟化钙-氧化镁-氧化铝等渣系1、氟化物单元系渣⑴氟化钙:氟化钙或是萤石可在电渣炉、电弧炉或感应炉内用石墨坩埚精精炼，去除其中的氢、硫和部分硅，除氢过程可使氧化钙增加2%，甚至5%纯氟化钙的熔点是1419℃，工业萤石的熔点约为1380℃。
在电渣炉中使用萤石的含量因其电阻值低而受到限制，如采用单一氟化渣时，氟化钙较为合适，因其电阻在氟化物中是最高的一种。
⑵氟化镁:具有比氟化钙高的蒸气压和稍低的熔点(1263℃)，因之热稳定性较差又由于电性能不合适，帮不能单独使用，一般如使用氟化镁其含量不得超过20~30%，氟化镁一般含有结晶水10%，使用前需将其去除，去除结晶水将带来的氧化镁它比萤石水解生成的氧化钙脱硫能力差，因此当熔铸需要保硫材料时，可采用氟化镁-氟化钙渣系。
2、二元渣系⑴氟化钙-氟化镁:低共熔温度为945℃，低共熔成分为51%的氟化镁，49%的氟化钙，利用此渣系按其低共熔成分配渣重熔有色金属。
氟化镁的热稳定性差，一般不超过20~30%。
电渣重熔
电渣重熔免费编辑添加义项名材料电渣重熔钢（electroslag remelting）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。
中文名称电渣重熔外文名称electroslag remelting主要目的提纯金属热源主要目的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。
电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。
电渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺的设备条件。
主要产品电渣重熔的产品品种多，应用范围广。
其钢种有:碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。
此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。
主要作用电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。
与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。
应用成果近些年来，电渣熔铸新工艺逐渐引起了国内外工程技术界的重视，许多工业部门在加紧研究和使用电渣熔铸产品。
在发展这项新工艺方面，原苏联、日本和美国的研究成果较多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英国、瑞典和法国。
东北大学电冶金研究室在发展电渣熔铸新工艺以及研制使用它的异型件方面取得了以下成果:?电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和柴油机曲轴等。
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。
电渣重熔 熔渣的 物理化学 性能简介
电渣重熔熔渣的物理化学性能简介张东泽(power)熔渣的物理化学性能简介一、电渣熔铸对渣的要求在电渣熔铸过程中，液态渣具有十分重要的作用，其功能主要为:1、熔铸热源2、控制熔铸金属的化学成分3、净化作用4、绝缘隔热质作用5、创造了一个温度高于金属熔池的贮热地渣在电渣熔铸过程中起着十分重要的作用，为了满足各项技术经济指标的要求，必须从相图、界面张力、粘度、比电导、密度、比热、蒸汽压、透气性等项物理化学性质进行综合考虑，才能选中合理的渣型。
二、相图电渣熔铸的渣系主要组成是CaF2?CaO、MgO和Al2O3，也有包含镁和钡的氟化物及钡、钛氧化物，当重熔低熔点的金属或合金时也有采用氟化渣系，电渣按成分分类可分为:(1)仅由氟化物组成的;(2)由氟化物及氧化物组成;(3)仅由氧化物组成的。
而在电渣铸熔中普遍应用氟化物-氧化物渣系，它有指化钙-氧化钙、氟化钙-氧化铝、氟化钙-氧化钙-氧化铝、氟化钙-氧化镁-氧化铝等渣系1、氟化物单元系渣⑴氟化钙:氟化钙或是萤石可在电渣炉、电弧炉或感应炉内用石墨坩埚精精炼，去除其中的氢、硫和部分硅，除氢过程可使氧化钙增加2%，甚至5%纯氟化钙的熔点是1419℃，工业萤石的熔点约为1380℃。
在电渣炉中使用萤石的含量因其电阻值低而受到限制，如采用单一氟化渣时，氟化钙较为合适，因其电阻在氟化物中是最高的一种。
⑵氟化镁:具有比氟化钙高的蒸气压和稍低的熔点(1263℃)，因之热稳定性较差又由于电性能不合适，帮不能单独使用，一般如使用氟化镁其含量不得超过20~30%，氟化镁一般含有结晶水10%，使用前需将其去除，去除结晶水将带来的氧化镁它比萤石水解生成的氧化钙脱硫能力差，因此当熔铸需要保硫材料时，可采用氟化镁-氟化钙渣系。
2、二元渣系⑴氟化钙-氟化镁:低共熔温度为945℃，低共熔成分为51%的氟化镁，49%的氟化钙，利用此渣系按其低共熔成分配渣重熔有色金属。
氟化镁的热稳定性差，一般不超过20~30%。
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。
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;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＝wAl2O3 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 wSiq二0,就不必将之表示出来了;表就是用这种方法列出的常用渣;18 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;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,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;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;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;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;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;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 ＝VA/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：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;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;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;这是由于熔滴减小了电极与锭上部的距离,导致电流增加,并引起电极下的渣下降速度增加;即使在大锭子熔炼时,那样的电流变化用示波器也能检测出来,现已能用电流变化来检测熔滴形成频率,亦可用于浸入深度控制之目的;2热许多研究者研究了电渣重熔热平衡,如前所述,热源是电流通过渣的焦耳热;然而,总输入热中,只有少部分热量用于熔化金属,余下的热量则通过结晶器冷却水和渣表面辐射损失掉;萧德哈瑞和桑克利计算的结果是总输入热量的 59％通过结晶器冷却水损失掉,仅有 17％的热量传递到电极,％用于熔滴过热;实践中测得的实际值随设备设计、结晶器及熔化速度的不同而变化;简而言之,热平衡是由如下两部分建立起来的：稳定部分代表渣和环境之间的平衡取决于时间；可变部分用于熔化金属的热正比于熔速;由萧德哈瑞和桑克利引用的数字似乎代表一个相对高的能源消耗;前苏联研究者已经给出几种不同熔炼方式的资料见图2．8;米契尔和焦希研究了渣和结晶器界面的情况;在渣池／渣皮／空气间隙／结晶器壁之间的温度梯度如图所示;渣壳的形成受类似于锭皮形成的原理所支配,在锭和结晶器之间无相对运动的情况下,渣池表面不断被进入锭的新金属所取代;如前所述;熔化金属不断与结晶器接触,就有一定量电流流过并产生一定的热量;但是,通常情况是随着热流通过结晶器壁,熔渣被快速冷凝;当渣壳变厚时,热流降低;当渣／熔池界面逼近时,部分渣壳熔化用以增加热流;在渣和结晶器壁之间的凝固间隙可以降低热流;。
电渣重熔渣的存在状态
电渣重熔渣的存在状态1.引言1.1 概述电渣重熔渣是在电弧炉熔炼过程中生成的一种矿渣，由于电弧炉使用电弧和高温来熔化废钢和其他金属材料，产生的熔融金属表面上会形成一层渣层。
这种渣层主要由非金属性物质组成，如氧化物、硅酸盐、氧化铁等。
电渣重熔渣的存在状态与其物理性质密切相关，这也是本文将讨论的主要内容。
在电弧炉炼钢过程中，渣层的存在是不可避免的，但其具体形成原因和物理性质还需要进一步研究。
了解电渣重熔渣的存在状态对于优化电弧炉冶炼工艺、提高金属回收率以及减少环境污染具有重要意义。
本文主要通过对电渣重熔渣的形成原因和物理性质的分析探讨，旨在揭示电渣重熔渣的存在状态及其影响因素，并对进一步研究该领域提出展望。
通过对电渣重熔渣的深入研究，可以为电弧炉冶炼过程的优化提供科学依据，同时也有助于对于资源利用和环境保护的进一步探索。
1.2文章结构文章结构的目的是为了给读者提供一个清晰的指南，使读者能够更好地理解和跟随文章的内容和逻辑顺序。
以下是本文的详细结构：1. 引言1.1 概述：介绍电渣重熔渣的背景和重要性，以及本文的研究意义。
1.2 文章结构：概述本文的结构和各个部分的内容。
1.3 目的：说明本文的研究目标和意图。
2. 正文2.1 电渣重熔渣的形成原因：探讨电渣重熔渣产生的主要原因，可能涉及到的工艺参数和条件。
2.2 电渣重熔渣的物理性质：详细描述电渣重熔渣的物理性质，例如化学成分、晶体结构、密度、粒径分布等。
3. 结论3.1 电渣重熔渣的存在状态总结：总结电渣重熔渣的存在状态，包括其在工业生产中的应用和影响。
3.2 对电渣重熔渣的进一步研究展望：展望未来对电渣重熔渣的研究方向，提出可能的改进和应用前景。
通过以上结构，读者可以清晰地了解本文的内容和组织形式，并能够更好地理解和消化文章所要传达的信息。
1.3 目的本文的目的是探讨电渣重熔渣的存在状态。
通过对电渣重熔渣的形成原因和物理性质进行研究分析，旨在深入了解电渣重熔渣在工业生产中的实际应用和存在状态。
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
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
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 -。
电渣重熔渣系的组成和作用
电渣重熔渣系的组成和作用
电渣重熔渣系的作用：电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。
与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。
电渣重熔渣系的组成：电渣重熔是在水冷结晶器内利用电流通过炉渣时产生的电阻热来熔化自耗电极(合金母材),并在此基础上完成精炼和凝固的过程.。
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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
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。
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
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。
电渣炉
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保护气氛电渣炉
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连铸式电渣炉和大型板坯电渣炉
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电渣重熔渣系
熔渣在ESR过程中有三个作用
Northeastern University
第七章 电渣重熔用渣
主讲人：龚 伟 钢铁冶金研究所
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电渣重熔的基本原理
基本原理
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所谓的电渣重熔 （ESR）可以看作 是利用电加热的熔 渣精炼金属的一种 方法。
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渣中加入CaO将增大渣的碱度，提高脱硫效 率，在CaO加入量为40％情况下，脱硫率最 高可达到85％；而且CaO的加入能够降低渣 的电导率。但是CaO吸水性强，易带入氢和 氧，造成钢增氢增氧。
(1) CaF2
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能降低渣的熔点、粘度和表面张力。但和其他组
元相比，CaF2的电导率较高，纯CaF2在1650℃时 电导率达 4.54 Ω-1.cm-1；渣中CaF2含量高，熔炼 中易放出有害气体和烟尘，造成环境污染。
(2) CaO
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ESR过程中和渣有关的现象与渣性质的关系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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ESR渣系分类
按照渣系酸碱性分类，电渣重熔用渣可分为酸 性渣和碱性渣。
按照炉渣组元划分可分为二元、三元、四元、 五元炉渣。
按照其组元是否含有CaF2划分可分为含氟渣和 无氟渣。
渣的组元
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常用渣系的基本形态是以CaF2为基础，配入适 当的CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2等氧化物 组成的，各组元成分在渣中有各自的作用。
CaF2－Al2O3 CaF2－CaO－Al2O3 CaF2－Al2O3－CaO－SiO2 CaF2－Al2O3－CaO－MgO CaF2－Al2O3－CaO－SiO2－MgO
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电渣重熔的特点
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。
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。
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