电渣炉原理教案

横臂，升降为台车式结构，通过六对导轮上下移动，灵活
可靠。为减轻传动部分的负荷在立柱心部配有平衡锤，以
平衡自耗电极和横臂的重量。丝杠装有保护套和自动调心
装置防止灰尘进入，并自动调节丝杠间隙。

4.3短网

即大电流线路，对电渣炉来说，由变压器二次侧至电
极夹头，和至底水箱之间，连接的缆、铜排、电铜管和低
压电流互感器等组成。
也防止大气对金属电极和渣池的氧化。同时，电渣锭头
尾的化学成分均匀性，也大大优于普通电渣炉生产的电渣
锭，包括重熔含铝、钛钢在内，电渣锭的头尾铝、钛等化
学成分偏差极小。

加压电渣炉，主要用于生产高氮钢，产品中氮含量可
达1.0%以上。

高效节能电渣连铸设备。传统电渣重熔采用一次重熔
一个钢锭的间歇式生产方式，生产效率低，且钢锭在后步
成，现代电渣冶金开始进入工业化进程。六十年代中期，
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，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、银等有色金属合金。我国是世界上电渣冶金起步
较早的国家之一，一九六〇年，重庆特殊钢厂、大冶特殊
钢厂，大连钢厂及上钢五厂的电渣炉先后建成投产。紧随
SIEMENS PLC，对FRN G--11S日本富士公司生产的变频器
实现交流电机的无级调速。

4.5电极升降系统

a.快速和慢速升降；

b.手动和自动操作升降；

采用差动式变速器，快速用交流电机实现快升快降，
慢速采用变频调速电机，自动升降，也可手动操作。

c.室内和炉前可两地操作。
4.6结晶器



短网特点：由于大电流线路中通过强大的电流，在电
渣炉附近空间会形成一个强大的交变磁场，磁场内的钢铁 构件，甚至混凝土中的钢筋都要产生涡流发热，即增加了 网路的电能损耗，又有损于结构件的强度。

为了减少电抗造成的电能损失，消除散磁、降低电流
的搅拌作用，防止出现点状偏析，该电渣炉采用计算机化
最佳设计的低阻抗节能型短网。为减小大电流线路的阻抗
为了缩短辅助时间和换电极停电时间，要求有较高的非工
作提升速度。从目前生产实践经验上看，上述两种速度大
致范围如下：电极给送速度5－60mm/min；非工作提升速
度2－4m/min。

为了适应这种要求，在电极升降机构上采用以下几种
传动方式：

a.手动传动：适合于100kg以下的小型电渣炉。

b.单电动机传动：单电动机传动为了适应调整速度的

电渣热封顶的设备是普通的电渣炉。将常规冶炼的钢
水浇入钢锭模后，在锭模上方安装特制的冒口，加入渣料，
插入电极即可开始电渣加热保温过程。冶金效果可归纳为
三点：(1)节约金属，提高金属收得率。因使钢锭或铸件
在凝固过程中的收缩不断得到补充，消除了中心疏松
和缩孔缺陷，减少了废品率。同时由于保证了冒口最后凝 固，可以减小冒口的体积，减少了金属消耗。例如浇铸9t 重的涡轮机叶片，采用电渣热封顶技术可以使冒口金属消 耗减少88％。(2) 提高钢锭中心化学成分的均匀性和钢的 纯净度。由于钢锭顶部存在热源，避免了普通钢锭凝固过
其后齐齐哈尔钢厂、抚顺钢厂等工业电渣炉相继建成投产。
五十多年来，我国电渣冶金始终保持着旺盛的发展趋势。
随着我国科学技术突飞猛进的发展，航天航海、汽车制造、
石油化工、电站建设、核设施、机械制造等诸多行业，以
及军工事业的发展、列车提速等许多领域越来越发
挥着电渣钢的作用。目前最大的一座是原上海重型机器厂

对于变压器的安装位置，在保证安全的条件下应尽可
能离电渣炉近一些，以缩短导线，减少网络感抗及电压
降。

4.2电极升降机构

电渣炉电极升降机构通常有：丝杆传动；钢丝绳传动；
液压式传动。

目前的发展，在传动机构方面：已由滚珠丝杠、精密
球型丝杠及液压传动取代了钢丝绳及梯型丝杠，使支臂及
托锭承重小车的升降更加灵活、平稳、准确。另外，立柱
是一种炼钢方法，而不是炉外精炼。

炉外精炼方法有LF,VD,VOD,VAD,RH等。
3、电Baidu Nhomakorabea重熔炉类型

3.1按工艺特点分：普通电渣重熔炉，电渣熔铸炉，
加压电渣炉,保护气氛（可控气氛）电渣炉，连铸式电渣
炉，电渣离心浇注炉，电渣热封顶等。

可控气氛电渣重熔技术。电渣重熔通常在大气下进行，
重熔合金中的氧含量，取决于主要脱氧元素的浓度和该脱
旋转取代了支臂旋转，不仅解决了支臂旋转巨大的齿轮制
造及安装方面的困难，而且减少了零部件重量，所占空间
及造价，转动更加灵活，设备外观给人以简洁明快之感。

电极升降机构的主要问题是电极的给送速度，电极的
给送速度关系着供电制度和温度的变化。为了适应熔化速
度的要求，电极给送速度应当可以大幅度调整和灵敏控制。
值，两相之间布置尽量靠近，抵消磁作用，并采用同轴设
计（同轴导电立柱、同轴电缆）及大截面水冷电缆供电。

在电极升降臂的前端为电极夹紧装置，通常是水冷的
铜夹头。

电极夹头的作用主要是：1）传导电流，把软电缆传
来的很大电流传到电极上；2）夹持作用，把很重的电极
夹住；电极夹头可以用手工夹紧，也可以用机械夹紧。
电渣炉，重熔钢锭重达200t，现在又筹建450t大型电渣炉。 2009年，我国电渣重熔钢生产能力已超过170万t。50多年 来国内外电渣冶金取得了突飞猛进的发展，新工艺、新技 术层出不穷，形成了一个跨专业、跨行业的新学科。
2、现代炼钢方法

转炉，电弧炉，电渣重熔炉，真空感应炉，真空自耗
炉（电弧重熔炉），电子束重熔炉（EBR）等。电渣重熔
要求都采用直流电动机，这种电动机可以无级调整。只适
用于0.5t以下的电渣炉。

c.双电动机传动：双电动机传动，即高速采用交流电
动机，低速采用交（直）流电动机，以满足电极给送速度
和非工作提升速度的要求。这种传动方式，两个单动机同
时装入一套轮系驱动从动轴。

连接的方式有：离合器传动、行星齿轮传动、差动齿
气控制及测量仪表；结晶器和底水箱；电极。

4.1电源变压器

高压电器控制采用真空开关柜，具有齐全的电压、电
流、功率及电度的检测计量及继电保护，设置氧化锌避雷
器吸收操作过电压，并设有分合闸式整流电源。

高压供电：10KV/6KV

高压保护：

一次接地；一次欠压；

一次过流；二次过流；

变压器重瓦斯；
活泼金属被氧化，主要采用氩气保护或氮气保护；干燥空
气保护电渣炉，适合于重熔对氢比较敏感的钢种，特别是
大型钢锭。

新型保护性气氛电渣炉使用的是气密型惰性气体保护
罩，从电极料杆到结晶器上口用一个完全致密的不锈钢金
属罩封闭，密封效果很好。惰性气体可以在气密罩内积
蓄并形成一定的压力，既防止重熔过程中电渣钢增氢，
电渣炉，电压摆动控制电渣炉。

3.5按结晶器形式分：结晶器固定式电渣炉，结晶器
移动式电渣炉，钢锭下拉式电渣炉。

尤其在高速钢冶炼上，为了使高速工具钢在电渣重熔
时内部质量均匀，尤其是微细碳化物的分布，电渣重熔钢
锭的断面必须小，因此一般采用结晶器固定式熔炼。但这
种方式操作周期长，生产率很低。为了长时间连续熔炼，
轮传动三种。

电极升降采用丝杆传动，传动平稳、精度高。为适应
熔化速度的要求，缩短辅助时间，变速箱采用双行星齿轮
差动式变速器，双电机输入，可以满足电极快速提升，快
速下降和慢速冶炼的要求。为保证电极升降的自锁、差动
减速器，除采用双行星及双蜗轮蜗杆外，电机采用电制动
型。立柱用无缝钢管及方钢焊制。横臂为铜钢复合式导电

电极夹头是在很恶劣的条件下工作的，它受高温炉气
加热和电流流过时本身发出的电阻热的作用。因此对夹头
材料的要求是耐高温、抗氧化、电阻小，有足够的强度。
也就是说：电极夹头必须和电极保持良好的接触，以降低 电耗和本身产生的电阻热，并有足够的强度卡住电极保证 在重熔时不掉下来。

为了保证电极和夹头的接触良好，可以采用辅助电极。
氧元素的氧化物在渣中的活度。此外，渣池上的氧分压或
多或少也会产生一定的影响。过去通常采用往渣池中加入
脱氧剂的方法对熔渣连续脱氧，但是这会导致熔渣成分的
改变。随着钢种的发展和质量要求的不断提高，出现了不
同气氛的电渣重熔技术。目前，可控气氛电渣炉主要有几
种形式：惰性气体保护，其主要目的是防止重熔过程钢中
辅助电极通常用低碳素钢制成。辅助电极除保证夹头和电
极接触良好外，还起保证重熔电极全部熔化的作用。

电极夹紧装置采用弹簧压紧，液压或气动松放，电极
夹头采用水冷烙铜夹头。耐高温、抗氧化、电阻小、强度
高、寿命长。电极夹头可旋转调整，以保证电极与立柱平
行。
4.4低压电器控制

采用可编程控制器（PLC）进行电器控制，采用
普通钢锭相比晶粒尺寸减小，凝固组织致密。通过改变电
渣热封顶的工艺参数，控制向钢锭的输入功率，可以改变
金属的结晶形态，得到所需要的凝固组织。

3.2按生产方式分：双臂交替电渣炉，单臂单（熔）
位电渣炉，单臂双工（熔）位电渣炉。

3.3按调压方式分：有载有极调压电渣炉，有载无极
调压电渣炉。

3.4按控制方式分：恒功率控制电渣炉，恒熔速控制

3.7按供电方式分：单相电渣炉，两相电渣炉，三相
电渣炉，双级串联电渣炉。

双极串联供电，可以减少回路感应，提高电功率因数；
采用三相电源，有利于外网电压平衡；用小截面电极重熔
大钢锭，有利于控制电极成分偏析；采用抽锭操作，能用
短结晶器重熔长的钢锭。

4、电渣炉的构造

分成以下几个部分：电源变压器；电极升降机构；电
程出现的“结晶雨”现象，消除了钢锭下部的负偏析锥。
当在电渣热封顶过程中采用金属自耗电极时，电极熔化的 金属不断进入钢锭中心的液相区，使由于选分结晶造成的 中心溶质元素富集得到稀释，钢锭的中心偏析减轻。富集 到钢锭中心的非金属夹杂物，随金属液流动与钢锭顶部的 高温渣池接触，进行反应进入渣池，从而又减少了钢锭中 的非金属夹杂物。(3) 改善了钢锭中心的凝固质量。由于 钢锭顶部存在高温热源，同时熔化电极的金属熔滴也从上 到下向钢锭中的液体传热，改变了钢锭凝固时的热状态， 使钢锭实现了从下到上的定向凝固。另外热状态的改变， 也影响了金属的结晶速度和凝固前沿的温度梯度，使之与
可以是钢制的，也可以是铜制的。

钢制结晶器比较便宜，但导热性差，常发生粘锭现象，
寿命较低，维修费用大。

铜制结晶器价格比较昂贵，但寿命高，采用铜制结晶
器实际上比钢制结晶器合算。

结晶器的结构有焊接结构和装配结构。

随着结晶器尺寸增加，给结晶器的焊接也带来困难。
为节约铜板，采用内套铜制外套钢制的。为了解决铜－钢
锻造或初轧开坯过程中钢锭头尾去除量较大，钢的成材率
低。另外，传统电渣重熔电极的熔化速度受到很大的限制，
生产成本较高。为此，奥地利因泰克公司开发了快速电渣
技术，铸坯的表面质量和内部质量良好。自2002年起，我
国也进行了电渣连铸技术的开发研究，采用双极串联、交
换电极、液面检测与控制、连续拉坯及在线切割等技术。
电渣重熔工艺和理论知识
ESR techniques and theoretical knowledge
张翔（zxbfzg@163.com）
2 O 1 O-year in August

一、电渣重熔基础理论知识
1、概述

电渣冶金起源于美国，一九四〇年霍普金斯取得了发
明专利。一九五八年，苏联德聂泊尔特钢厂工业电渣炉建
采用钢锭下拉方式，装备有两个交替使用的重熔电极支臂、
钢锭下拉装置、切断装置、运输台车、液面监控设备和防
止结晶器熔损的结晶器移动装置。

采用这种新的电渣重熔技术，可以实现小断面钢锭的
长时间稳定熔炼，可以改善钢材的质量，生产率可提高
50％左右，钢锭成品率提高了5％以上。

3.6按布置形式分：地坑式电渣炉，台架式电渣炉。

变压器轻瓦斯；

变压器油温高；

变压器冷却故障等。

电渣炉变压器可以是单相变压器，也可是三相变压器。
目前最小吨位的电渣炉多采用单相变压器，大吨位的电渣
炉多采用三相变压器。无论单相或三相变压器的电力曲线
都应是硬特性的，即在冶炼过程中变压器输出电压不随冶
炼电流而变化。变压器的容量大小，主要视重熔钢锭的截
面积（即结晶器的横截面积）而定。

从变压器的冷却方式上，由原来的强制油循环冷却，
发展为干式风冷。随着铁芯材料质量的提高，变压器发热
的现象明显减弱，自冷式变压器将成为电渣炉用变压器的 发展方向。西安变压器厂为山东一企业制造的40t 电渣炉 用6000 KVA大型变压器就是采用自行冷却方式冷却的。其 主要缺点是为了增大散热面积，变压器的体积较大。