电渣重熔技术在中国的应用和发展

电渣重熔技术在中国的应用和发展

摘要中国电渣冶金起步于1958年。至今,全国所有特殊钢厂都建立了电渣重熔车间,拥有工业电渣炉86台,年生产能力10万t;产品包括优质合金钢与超级合金243个牌号。

关键词电渣冶金重熔熔铸

欧美及日本发展电渣冶金均引进前苏联技术,世界上独立发展电渣冶金技术的国家仅有中国与英国。1965年英国设菲尔德———布朗公司将1台7t真空电弧重熔炉改为电渣重熔炉,英国电渣冶金从此揭开序幕。我国冶金工作者在电渣焊的基础上开发出电渣重熔技术,我国电渣冶金从此诞生。40年来我国电渣冶金规模不断扩大,技术不断创新。目前我国所有特殊钢厂都有电渣重熔车间,冶金系统有工业电渣炉86台,年生产能力10万t;小型电渣炉遍及全国,从结晶器消耗推算其年产量约3万t,我国电渣冶金产量在世界上名列前茅。生产的超级合金及优质合金钢种达243个牌号,技术上处于领先地位。

1 发展历程

1958年9月冶金部建筑研究院电渣组在应用电渣焊焊接轧机机架时,为消除焊缝热裂缝,采用低碳钢板涂铁合金粉末作自耗电极,进行电渣焊,获得成分均匀的合金钢焊缝,由此受到启示,于1958年12月9日将铁合金粉末涂在碳钢棒上作自耗电极,用高炉风管(铜制)作水冷结晶器,冶炼出合金工具钢。1959年4月在衡阳冶金机械厂做了生产试点,熔炼了100 kg高速钢锭,除直接冶炼高速钢外,还采用重熔法回收了一批废旧高速钢刀具,成果发表于《焊接》杂志建国10周年专刊上,同期还成功地应用电渣法减少铸钢件冒口。该成果受到国内冶金界的关注。

1959年11月北京钢铁学院和冶金部建筑研究院合作,采用电渣重熔法,研制成功航空轴承钢。1960年初北京钢铁学院设计了150 kg工业性电渣炉,由北京钢厂制造,并在该院投产。

1960年6月冶金部建筑研究院设计了0·5 t双电极支臂连续抽锭电渣炉,该设备在重庆特殊钢厂建成,于1960年8月重熔出0·5 t优质合金钢锭,此后冶金部建筑研究院帮助重庆特殊钢厂、大冶钢厂建立电渣车间,开发产品。北京钢

铁学院帮助大连钢厂、上钢五厂建立设备,并推广电渣冶金技术。

1961年11月冶金部在重庆召开了第1届全国电渣冶金会议,总结了批量生产经验,并推荐双支臂电极交替连续抽锭及单臂固定式两种炉型,成立了全国电渣冶金协调组。

1963年11月国家科委发布《科学技术发展10年规划》,冶金部负责9项,第5项为:电渣冶金。

1963年底冶金部将建筑研究院电渣组人员及设备调入钢铁研究院,成立电渣专业组,继续用同位素方法研究电渣过程去除夹杂机理,并研究新炉型———三相电渣炉,为太原钢铁公司5·5 t三相电渣炉、齐齐哈尔10 t三相电渣炉、上钢三厂板坯电渣炉的建立提供技术设计。

1960年北京钢铁学院建成5 kg密封式氩气保护电渣炉,1964年与抚顺钢厂合作建成200 kg密封式氩气保护电渣炉(真空电渣炉)。同时进行了电渣重熔过程中渣池内的电弧放电及去除夹杂机理的深入研究。

从1960年开始东北工学院电冶金教研室在电渣重熔工艺参数优化匹配计算及电渣重熔热平衡计算方面做了系统的研究,并提供诺模图供合理选择工艺参数。

1964年6月在重庆召开了第2届全国电渣冶金会议。这时全国工业电渣炉已达21台,生产钢种54个,会议研究了三相电渣炉问题,拟定电渣重熔各项技术经济指标,提出电渣重熔生产车间化。电渣钢的优良质量受到用户支持,一机部得悉电渣钢轴承用于汽车,使用寿命较电炉钢提高了3倍的情况,决定给各特殊钢厂提供20台1 800 kVA电渣炉变压器。

有衬电渣炉是我国开创的电渣冶金新分支。江西南昌江东机床厂于1960年采用单相单电极炉底导电式有衬电渣炉,冶炼合金钢。1960年北京钢铁学院帮助北京量具刃具厂建立了单相双极有衬电渣炉,1961年又试验成功了三自耗电极三相有衬电渣炉,分别在北京带钢厂和北京钢丝厂进行工业性生产。三相有衬电渣炉在北京钢丝厂成功地生产30多年,取得了巨大经济效益;1972年昆明工学院在西南地区推广有衬电渣炉时,改进单相双极有衬电渣炉,采用Bifilar供电在炉底接零线,从而解决了双电极熔化不均匀的问题,于1982年双自耗电极单相有衬电渣炉项目获国家发明奖。此外70代东北工学院在东北地区推广单相单极炉

底导电式有衬电渣炉。熔炼合金钢及回收废料取得成效。早在1962年冶金部建筑研究院成功地用凝壳式有衬电渣炉冶炼出超低碳不锈钢,1964年获国家新产品一等奖。

1965年8月在大连钢厂召开了第3届电渣冶金交流会,研究了电渣重熔冶金质量问题,公布了钢研院抽检各厂轴承钢ZGCr15的结果,以重特综合质量最佳。

1969年9月在匹兹堡召开的第2届国际电渣冶金会议上前苏联、美国发布了电渣熔铸消息,展示产品照片,引起了轰动。其实我国冶金工作者早在1967年就已掌握了电渣熔铸技术。

1971年钢铁研究院与武汉设计院合作设计了15 t双极串联板坯电渣炉(5 000 kVA),钢铁研究院与太原钢铁公司采用双极串联电渣炉重熔出超低碳00NiCr7Mo13Ti耐蚀合金板,不经开坯直接上板轧机。实践证明采用单相双极串联生产板坯功率因数高(cosΦ=0·9),热源集中,同样功率下生产率可提高一倍,电耗降低1/3,金属熔池浅平,有利于轴向结晶。

电耗高,生产率低是世界各国电渣重熔存在的普遍问题,钢铁研究院与本溪钢铁公司采用低氟高电阻渣(CaO-MgO-Al2O3-SiO2-15%CaF2)取代低电阻的传统渣(70%CaF2-30%Al2O3)。同时设定渣成分,偏离共晶点,利用渣皮凝固过程选择结晶形成绝缘渣皮,解决了国际上至今尚未解决的分流问题。重熔渗碳轴承钢比电耗由1 775 kWh/t降至936 kWh/t,重熔生产率由180 kg/h提高到373 kg/h,本溪钢铁公司1982年至1992年累计节电240万kWh,钢铁研究院和本溪钢铁公司获国家发明奖。重庆特殊钢厂采用高电阻CT渣,大冶钢厂采用白云石渣,东北工学院和抚顺钢厂合作采用工艺参数匹配都获得显著节电效果。

1965年上海重型机器厂建立了1台三相百吨电渣炉,后因自耗电极采用螺丝联接,在重熔时掉块,影响铸锭质量,被拆除。上海重型机器厂与北京钢铁学院合作,于1981年创建了200 t级电渣炉,结晶器直径2·8 m,若抽锭可生产240 t 的大锭,这是目前世界上最大的电渣炉,实际生产锭重已达205 t。德国萨尔钢厂Saarstahl GmbH电渣炉,其结晶器直径为2·2 m,重熔最大锭重为165 t。前苏联在新西柏利亚曾建250 t电渣炉,延续10年之久,终因技术原因而终止。最近美国Consarc公司提供日本一台大电渣炉,锭重为100 t。

1983年电渣冶金协调组由大冶钢厂任组长,钢铁研究总院和齐齐哈尔钢厂