电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展

电渣熔铸饼材及齿轮 毛坯一贯采用 卧式熔铸方 案, 铸件厚度方向即电极移动的垂直方向, 其特点是 设备简单 , 操作容易。但卧式电渣熔铸件最薄弱的面 即柱状晶交界面 , 恰是涡轮盘工作时受离心力最大的
议上 , 前苏联巴顿电焊研究院及美国卡内基
铸造
李正邦 : 电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展
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工作面。针对这个问题, 我们提出了立式电渣熔铸方 案, 这样可以使柱状晶交界面沿中心线 , 垂直于铸件 厚度方向 , 避开涡轮盘受力方向, 见图 2 。 电渣熔铸涡轮盘纵剖面组织 呈倒 V 字 形, 枝晶 方向与铸件中心线呈 33~ 40 的夹角, 完全满足设 计要求。对两种熔铸工艺的试样进行 650 下大应力 低频疲劳试验, 平行于结晶方向试样的疲劳寿命是垂 直试样方向的 3~ 4 倍, 是厚度方向的 8~ 9 倍, 验证 了立式熔铸方案的合理性。 1 3 电渣重熔去夹杂机理的研究 电渣重熔能够净化金属, 显著地去除非金属夹杂物 是公认的事实, 但对其机理各国研究者持有不同的观点。 电渣重熔过程分三个阶段: ( 1) 在自耗电极端头金 属 熔化汇聚成滴; ( 2) 金属液滴脱离电极下落, 穿过渣 池; ( 3) 下落液滴在铸锭上端形成金属熔池。见图 3。 重熔
标准 要求 20 350 20 350 20 20 20 - 10 - 20 - 30 56 35 18 50 8 2 5 2 - 10
我国 200t 级 电渣炉钢 59 3, 57 6 57 8, 57 0 48 0, 47 1 42 6, 42 0 25 3, 27 5 73 0, 8 2 37 2, 35 2, 35 2 28 2, 25 4, 33 6 24 7, 27 8, 37 2 28 2, 25 2, 19 9 - 40
E
b
s
- 2) / ( kg mm
(%) (%) CV
-2 / ( kg M cm )
来自百度文库
= Rs / ( R s +
NDT/
r 为短网电阻之总和 ) 。设两路供电电 , 并有磁化水处
网, 防止长时间重熔断电 , 水路有两路水源 , 有深水 井可控制夏天进水温度不大于 25 理装置 , 有抽风排烟除尘系统及烟气净化处理设备。 无疑是一台设 计精巧、功能 齐备、动作 灵活的电渣 炉, 在世界上实属罕见 1 1 1 低氢控制
国外电炉钢 ( 真空浇注 ) 61 3 55 3 45 9 39 1 25 3 71 9 15 8, 16 2, 15 4 - 20
耗电 极 同插 入一 个 2800 mm 结 晶器 , 液 渣引 弧, 通电后即可重熔 ; 采用抽锭装置, 可用短结晶器抽长 锭, 重熔过程三个旋转支臂可轮流更换电极 , 这种电 渣炉的三个变压器接三相电网 , 有利于电网平衡 , 双 极串联可以降低回路感抗 , 提高设备功率因素, 短网 感抗 cos = 0 87~ 0 96, 因双极串联两极间渣池有 效电阻 Rs 增 大, 从 而提 高电效 率 r ), (
。欧美各国发 展电渣冶金先后均 引进前苏联
巴顿电焊研究院的技术。 世界上独立发展电渣冶金技术仅有中国和英国。 1965 年英国设菲尔德 布朗公司 , 将一 台 7 吨真空 电弧重熔炉改为电渣重熔炉, 英国电渣冶金从此揭开 序幕
3
。我国冶金工 作者在电渣焊的基 础上开发出
4
电渣重熔技术, 于 1958 年 12 月 9 日炼成合金工具钢 和高速钢锭 , 我国电 渣冶金从 此诞生 。目 前我国 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 万吨 , 小型电渣炉星罗棋 布, 产量近 3 万吨/ 年。我国电渣冶金技术领先, 产 量在世界上名列前茅
2
电用可控 硅变 频 电源 0~ 10Hz, 短网 感抗 cos
6
=
0 98 , 1971 年建 成以 来生产 正常, 炉子 负荷饱 满, 缺点是变频设备庞大昂贵 , 且元件老化快 。 上海重型机器厂与北京钢铁学院合作 , 于 1981 年建成 200t 级二相双极串 联电渣炉 , 见 图 1 , 1982 年经国家鉴定后 , 即为泰山 30 万 KW 核电站提供了 124 件毛坯。
究所首次发布电渣熔铸消息, 并展示照片。
表1 Table 1 我国 200 t 电渣钢与 国外电弧炉真空铸锭钢性能比较 Performance compari son between 200 t steel by ESR i n China and steel by vacuum E AF
类别
-2 / ( kg mm )
10 电渣锭
14 平车 15 丝杆
的大锭, 最成功的是德国 Loybold - Hereaus 公司为萨 尔钢厂 ( Searsthl Gmbh) 建的 FB45/ 165G 炉子, 供
200t 电渣炉重熔示意图
Schematic diagram of 200t ESR fumace
收稿日期 : 2004 -08 -03 收到初稿。 作者简介 : 李正邦 ( 1933- ) , 男 , 江苏南京人 , 教授, 博士生导师 , 中国工程院院士 , 钢铁冶金专家 , 长期从事电渣冶金方面的研究与开发。
。 22 年来上海重型机器厂
摸索出一套成熟工艺 , 在工艺上的创新如下。 200t 电渣炉熔炼空气与熔渣界面积达 5m2 , 上海 地区空气湿度偏高 ( 最高达 30gH2 O/ m3 ) , 要防止重 熔过程中钢液吸氢, 采取的有效措施为 : 自耗电极冶 炼用 RH 炉精炼, Al2 O3 粉焙烧去 Al ( OH) 3 , 结晶器 热水启动 , 用石墨电极在结晶器内造渣 , 通干燥空气
5
。
1 变压器 2 自耗电极 6 渣池 11 引锭板 3 排气装置 13 钳把 4 保护罩 5 工作台
1
1 1
中国电渣冶金的重大成就
200 t 级电渣炉 世界各国都致力于电 渣重熔生产重 量大于 100 t
7 金属熔池 8 支撑架 12 水冷底板 16 支承台 图1 Fig 1 17 立柱
9 结晶器 18 传动装置
Development of Electroslag Metallurgy and Remelting Casting in China
LI Zheng -bang ( Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China) Abstract: The electroslag metallurgy has been developed since 1958 . At present, all special steel plants have constructed electroslag metallurgical workshops. There are 86 electroslag remelting fur naces in these steel plants with annual capacity of 100, 000 tons. The products by ESR include 243 des ignations of steel and superalloy. The Chinese metallurgists have made significant achievements in the type and structure of electroslag remelting furnaces, Electroslag Remelting ( ESR) technology, shaped castings by Electroslag Remelting Casting ( ESRC) , the manufacture of large - size ingots by ESR and the study of ESR mechanism. These achievements have already been recognized by foreign metallurgist. Keywords: electroslag metallurgy; electroslag remelting; electroslag remelting casting 电渣冶金发展史可追溯到美国霍普金斯 ( R. K. Hopkins) 于 1940 年提出的 凯洛电铸锭 专利 ( 美 国专利号 : No 2191470 ) , 但由于独家封闭性生产, 技术落后, 成分不均匀 , 一直未获推广 1 。 1958 年 德聂泊尔特钢厂 P909 型工业电渣炉 ( 1t) 投产并建 车间
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铸
造
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专题综述
电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展
李正邦
( 钢铁研究总院 , 北京 100081)
摘要 : 中国电渣冶金起步于 1958 年, 至今所有特殊钢厂均 建有电 渣冶金 车间, 拥有 工业电 渣炉 86 台, 年 生产能 力 10 万吨 。 产品包括优质合金钢与超级合金 243 个牌号 。 中国冶金工作者在电渣炉型结构 、 电渣重熔 ( ESR) 工艺 、 电 渣熔铸 ( ESRC) 异型铸件 、制备大 钢锭及电渣重熔机理方面取得重大成就 , 成果得到国外同行认可 。 关键词: 电渣冶金、电渣重熔、电渣熔铸 中图分类号 : T F141 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 4977 ( 2004) 11 - 0855 - 07
8~ 10 7, 8
我国冶金工作者从电渣重熔金属的纯净、组织致 密、成分及结构均匀和铸锭表面光洁受到启示, 早在 1966 年就对铸态电渣锭进行热处理与性能测试, 得 到肯定的结论。 1967 年就掌握了电渣熔铸变断面铸 件工艺, 如输入功率随断面变化及金属铸件收缩引起 铸件与底板分离等问题。 1968 年开始熔铸炮管及潜 望镜管 , 1969 年在苏美炫耀技术的 时候, 我国钢铁 研究总院与大冶钢厂合作熔铸的 122 榴弹炮管已在白 域靶场试炮 , 潜望镜已装艇 使用, 为此 , 该技术在 1978 年全国科技大会上获奖。电渣熔铸产品不胜枚 举, 现以航空发动机涡轮盘为例 12 , 13 。 涡轮盘是喷气式发动机的心脏, 因在高温、高速、 高负荷和气流冲击的恶劣条件下工作 , 对材质与性能 的要求十分苛刻。前苏联生产的涡喷八发动机涡轮盘 是用 32000t 水压机锻压而成, 锻压设备庞大, 金属消 耗大 , 生产周期长, 成本昂贵 , 而且锻造盘往往出现 点状偏析和局部未锻造等缺陷。为了克服这些缺陷 , 特别是从当时发展战略考虑 , 钢铁研究总院、上钢五 厂和大冶钢厂承担了电渣熔铸涡轮盘的熔铸工艺研究。
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炉子由三根立柱呈等边三角形布置 , 每根立柱上 有可上下移动、左右旋转的支臂 , 其端头夹持电极, 夹持双极呈串联 ( Bifilar) 回路, 重熔 6 根自耗电极 分别有三个 5200KVA 单相变压器供电, 变压器二次 抽零、三根抽零线同接引锭板 , 6 根 500mm 的自
汽轮机转子要 求含 Al
0 01% 。电渣重熔过程
钢界面铝的浓 度梯度大 , 易增 Al, 上重厂原
采用 60 CaF2 - 20CaO - 20 A12 O3 , 通过 渣成分调 整, 渣 氧化性适度, 选择脱氧剂及采用相应脱氧技术并控制 自耗电极残铝量, 使生产的 300 MW 和 600 MW 转子 钢重熔锭的 A1 含量在 0 005% ~ 0 007% 之间。 采用了上述技术 , 1989 年试制 600MW 核电站模 拟件 , 材料的均匀性与纯净度极高 , C= 0 01%,
-2 保护 , 渣中适度加入 SiO2 , 降低 ( O ) 的活度等。
1 1 2 凝固控制
7
熔炼开始时增大功 率, 熔速 高达 5t/ h, 加强冷 却, 重熔过程熔速 递减保持熔池 深度 未发现缺陷。 1 1 3 低铝控制 中渣
10 , 11
1 / 2 铸锭直 1 1mm
径, 铸锭中心二次枝晶仅 2mm, 超声探伤
图2 Fig 2 电渣熔铸涡轮盘立式方案 Vert ical electroslag remelting cast ing of t urbine disc
O= 10ppm, S= 5 ppm, H < lppm, 达到国际 先进水 平。上海重型机器厂电渣钢与国外电炉真空铸锭钢性 能比较见表 1。 1 2 电渣熔铸 12 1969 年 9 月在美国匹兹堡召开的第二届国际会 梅隆研