大锭电渣重熔(electroslag remelting of large size ingot)

一种制备直径大于1500mm锭子的电渣重熔方法。与中、小型钢锭电渣重熔相对照，它具有自身的特点。以大型钢锭制作的火电和核电设备的转子运行时速度很高，将承受很大的工作应力，并要求保证长期运行可靠；核电站的压力容器还要承受会导致钢材脆化的中子辐射。因此，对大型锻件的质量有严格的要求。优质的大型钢锭必须含杂质元素少；气体和夹杂物含量低；化学成分均匀，即偏析要小。然而，实际上钢锭愈大，达到上述要求愈困难。

传统模铸大锭的缺点 各国大型锻件报废的原因主要有3：(1)白点和发纹；(2)大型夹杂；(3)材料的不均匀性。它们都与钢锭的冶金质量有着密切的关系。钢水是一种由多元素组成的溶液，而这些元素在液态和固态中的溶解度不同，钢锭凝固时便发生选择结晶现象，形成钢锭内部成分不均匀(偏析)，钢锭愈大，凝固时间愈长，钢锭的成分偏析愈严重；出钢和浇注过程中耐火材料被侵蚀，给钢锭带来夹杂物；钢水在钢锭模内凝固和收缩，会形成孔洞和疏松，钢锭吨位越大这些缺陷越严重，为了得到合格的锻件，大型钢锭在成坯过程往往要被切除占总重40％～50％的头尾部分，金属利用率很低。

大型电渣重熔锭的优点 60年代中期，世界上出现了各种获得优质大型钢锭的工艺方法，电渣重熔就是其中质量最可靠的一种。电渣重熔大型钢锭有阱下特点：(1)钢的质量好，在电渣作用下可以去除钢中大型非金属夹杂物，极好地脱硫(能使硫脱至0．0030％～0．0010％)、脱氧(氧可达O．0025％以下)，钢的纯洁度高，塑性和韧性比其他冶炼方法都好；钢液在水冷结晶器内凝固，冷却速度快，选择结晶不可能充分发展，因而钢锭成分偏析小，而且钢的结晶是由下而上逐次地进行，组织均匀，没有疏松和缩孔。因此，锻件纵横向机械性能差别比普通模铸钢锭锻件小得多。(2)钢锭的利用率高，可达85％～90％，这样，锻造同样重的锻件，所需电渣钢锭比一般模铸钢锭的质量可小1／3左右。例如电渣钢锭100t，普通钢锭需120t；电渣钢锭240t，则普通钢锭就要350t才能得到同样大的锻件。锻件吨位越大，电渣钢锭比普通钢锭的利用率优势越大。(3)电渣炉设备简单，投资比大型电弧炉省，在中国，特别是对于重型机器制造厂，可以采用小型电弧炉加电渣重熔方法，以小炼大，生产优质的特大型锻造钢锭。

世界大型电渣锭重熔概况 60年代后期，大型电渣炉在世界各先进工业国家里很快发展起来，中国1964年在上海重型机器厂建成生产直径2100mm、重100t钢锭的三相电渣炉；同期前苏联在新克拉马托尔斯克重型机器厂建成能生产70t电渣锭的电渣炉；1971年联邦德国萨尔钢厂建成1台低频供电的165t大型电渣炉，主要用于生产大型电站锻件用的钢锭，最大可生产130万kw发电机的转子锻件；1975年联邦德国蒂森钢铁公司建成1台生产70t钢锭的电渣炉；1976年美国伯利恒钢铁公司建成1台75t电渣炉，因产品质量很好，后又增建了1台75t电渣炉；美国康萨克公司在70年代后期制造了两台92t大型电渣炉，1台装在美国国民锻造公司，l台供给韩国；日本神户钢铁公司高沙工厂1971年安装了1台50t电渣炉；英国亨利维金公司安装了1台钢锭直径1220mm的电渣炉；法国克鲁索•芦瓦尔工厂安装了1台75t电渣炉；中国1980年在上海重型机器厂建成投产1台200t。级电渣炉，可生产直径2800mm、重240t的特大钢锭，也是当今世界上最大的一台电渣炉。

工艺特点 大型钢锭电渣重熔的基本原理与中、小型钢锭电渣重熔是一样的，但由于大型钢锭电渣重熔电流达数万安培，感抗造成网路电压降很大，另外熔炼时间长，一支钢锭熔炼时间可长达数十小时至上百小时，熔渣成分变化很大。由于电渣重熔最大缺点是熔炼过程不能去氢，氢对大型钢锭的危害更大，基于上述问题，大型钢锭电渣重熔需要采取一些特殊工艺措施。其中主要有：

(1)为了减少大电流造成的网路电压降损失，采用的供电方法有3种：第一种是低频(0～10Hz)供电，因为该方法需要大的整流和逆变设备，致使造价昂贵，维护复杂；德国萨尔钢厂的165t电渣炉就是这种供电形式。第二种方法是同轴供电，虽可以直接用50Hz或60Hz三相工频供电，但导电的滑动部分的材料和精度要求相当高，造价很贵，维护和操作复杂；美国康萨克公司制造的电渣炉多属于此种形式。第三种方法是采用单相双极串联或三相双极串联电路工频直接供电，该法设备和技术均较简单。易于操作，造价低廉，功率因数可达0．95左右；中国上海重型机器厂的200t级电渣炉就是采用这种供电形式。

(2)大型电渣重熔必须采用多电极重熔并且重熔过程中要多次轮换电极才能完成生产一支大型钢锭的任务。

(3)大型钢锭多为合金结构钢，对氢的敏感性很强，大锭电渣重熔除了自耗电极的钢水要进行真空脱气处理和熔渣要进行精炼外，为了防止氢气对电渣钢造成危害，一般在重熔过程中通入结晶器上方的是经过干燥的空气，而不是含有水分的大气，故需附加空气干燥设备。此外，采取热水启动技术。

(4)经过长达数十小时或上百小时的熔炼，大气中的氧就要进入钢液，与易氧化的合金元素结合进入渣中，例如[Si]+2[O]=(SiO2)；熔渣也不断分解和挥发，例如(CaF2)+H2O一(CaO)+2HFÎ。致使原来配置的渣系无法保持稳定，从而破坏重熔工艺的稳定和精炼效果。因此合理的过程脱氧制度及最大限度地降低空气中的水分是保证熔渣物理化学性质稳定的重要措施。