第七章 电渣重熔用渣
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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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
Northeastern University
第七章 电渣重熔用渣
主讲人：龚 伟 钢铁冶金研究所
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
基本原理
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
ESR过程中和渣有关的现象与渣性质的关系
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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Biblioteka Baidu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
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)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。
电渣炉
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
电渣炉
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
电渣炉
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
保护气氛电渣炉
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
连铸式电渣炉和大型板坯电渣炉
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
电渣重熔渣系
熔渣在ESR过程中有三个作用
(1) CaF2
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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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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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
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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 下而上的顺序结晶，改善了钢锭内部的结晶组织。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
Northeastern University
第七章 电渣重熔用渣
主讲人：龚 伟 钢铁冶金研究所
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
基本原理
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
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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ESR过程中和渣有关的现象与渣性质的关系
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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Biblioteka Baidu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
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)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。
电渣炉
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电渣炉
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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
(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
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向