基本介紹
- 中文名：電渣重熔爐
- 外文名：electroslag refining furnace
- 優點：純度高、含硫低、非金屬夾雜物少
- 組成：爐體、供電系統、控制系統等
- 原理：通過熔渣的電阻熱作為熱源
誕生,工作原理,電氣設備,特點,套用,供電制度最佳化,套用前景,
誕生
世界上第一台電渣重熔爐是於1930年在美國誕生的，可是，後來世界上對電渣重熔爐進行大量研究、開發工作的當屬原蘇聯烏克蘭電焊機研究所。
工作原理
電渣重熔爐是利用熔渣隔絕空氣的保護方法來精煉某些鋼或合金的一種電爐設備。電渣重熔爐的工作原理示意圖如圖所示。
從發熱原理來說，電渣重熔爐是一種電阻熔煉爐。電渣重熔工藝是電極下端部浸埋在熔融的熔渣中。交流電流通過高電阻渣池時產生大量熱量，它把浸埋在熔融的熔渣中的電極端部熔化，熔化產生的金屬熔滴穿過渣池滴入金屬熔池，然後被水冷結晶器冷卻後凝結成錠。在此過程中，金屬熔滴與高溫高鹼度的熔渣充分接觸，產生強烈的冶金化學反應，使金屬得到了精煉。電渣重熔爐的關鍵技術是熔渣系統。在電渣重熔爐中，熔渣的主要作用有四點，即：熱源作用、保護作用、成型作用和冶金化學作用。熔渣的化學成分對電渣熔煉產品的質量和技術經濟指標有很大影響。
熔渣的特點是：（1）具有較高的電阻率，在熔煉過程中能產生足夠的熱量，以保證金屬熔化、升溫和提純。（2）具有一定的鹼度，所以其脫氧和脫硫效果好。（3）不含有不穩定的氧化物，如MnO、FeO等。（4）具有良好的流動性，以保證高溫下的對流熱交換和液態物理化學反應充分進行。（5）具有較低的熔點，一般比被熔金屬的熔點低 150-250℃，這使錠子成型良好。（6）具有較高的沸點，以便在高溫下不致大量揮發掉。
電氣設備
電渣重熔爐的電氣設備除電爐變壓器外，還有以下3部分：（1） 高壓側設備主要有：隔離開關、高壓斷路器、高壓電壓互感器、高壓電流互感器等。（2）低壓側設備主要有：短網母線、低壓電流互感器等。（3）控制設備，包括調節器櫃、操作台、傳動電動機等。
它與單柱式電渣爐相比，短網平行布置，它使電抗抵消、因而功率因數高。與其他重熔設備相比，電渣重熔爐的主要優點是：（1） 金屬熔液與熔渣之間存在著強烈的冶金化學反應，所以除磷、除硫效果比較好，錠子純度比較高。（2）設備簡單、生產率高、投資省。（3）熔渣能將被熔融金屬同外界空氣隔離，不受外界污染。（4）熔渣和熔融金屬產生冶金化學反應，能夠熔煉出高級金屬和合金。（5）熔融金屬中的非金屬夾雜物與熔渣起化學反應，則非金屬夾雜物全部被熔渣清除掉。（6）由於錠子是在水冷銅坩鍋中冷卻，其冷卻速度非常快，這就導致錠子內部結構均勻，不產生偏析。
特點
電渣重熔法是階段重熔和精鍊金屬的新方法。它雖然不在真空中熔煉，但是，它的熔渣能將空氣和被熔鍊金屬隔絕，具有最佳的提純效果，所以，它對今後生產超高純度的材料將會發揮更大地作用，很有可能成為生產活性金屬的主要手段。電渣重熔法操作簡單、易於控制、所煉出的鋼錠組織緻密、表面質量好。
套用
電渣重熔爐的套用範圍很廣，不僅可用來生產航空軸承鋼、高溫合金、精密合金和某些有色金屬等，還可用來生產上百噸重的大型優質合金鋼錠、大型扁錠或板錠、中空鋼錠、複合板，以及熔鑄軋輥、齒輪坯、渦輪盤、壓力容器、飛機起落架、炮管等異形鑄件。
供電制度最佳化
熔池的輸入功率對鋼錠質量的影響
1、熔池的輸入功率對鑄坯表面質量的影響
熔池輸入功率不足（特別是工作電壓過低），導致渣池溫度偏低，將影響渣皮的厚度及其均勻性。電渣重熔過程中，電流對鑄坯表面質量的影響是複雜的，邁羅奇恩科和切爾諾夫進行了詳細的討論。一 般認為電流、電壓過低，熔渣溫度降低，渣皮過厚造成鋼錠表面皺紋較深。相反，電流電壓過高，會使渣皮過薄，引起渣皮拉斷，嚴重時會引起表面的重皮和漏渣。所以，輸入功率不宜過高，也不宜過低，找到適宜的供電制度是功率摸索的關鍵。
2、熔池的輸入功率對元素燒損的影響
在相同的條件下，不同的功率對元素燒損的影響是不同的。隨著電流的增加，電極插入深度變深，改善了電極端部被氧化的條件，Al的燒損有所降低；但隨著電流的繼續增加，渣溫升高，給氧的傳遞帶來更好的條件，Al的燒損有所增加。電壓前期對元素燒損的影響與電流相反，隨著電壓升高，電極插入深度減小，元素更容易氧化；但隨著電壓繼續升高，電極下端幾乎離開渣面，出現打弧現象，元素燒損更加嚴重。
新鋼種的供電制度摸索
對於新鋼種，首先要確定合適的渣系，一般所使用的渣系的熔點比所重熔鋼種的熔點低100~150℃；其次是找到合適的供電制度。
方法如下：首先在重熔前期，給1組比較低的功率參數，隨著重熔的進行，逐漸提高功率（但要保證電流、電壓的穩定），觀察鋼錠表面渣殼情況，直到渣殼變紅、拉裂時為止，記錄此時的功率，這時的功率就是此鋼種所能輸入的極限功率，適當降低功率，使渣殼變得薄而均勻，此時的功率為最佳功率。
重熔過程中爐口電壓的可控性
1、爐口電壓
爐口電壓指的是 自耗電極在渣液面處的電壓。爐口電壓是重熔過程中的一個重要的參數，它的可控性與鋼錠質量的穩定性有很大的關係。
2、影響爐口電壓可控的因素
電壓經過短網後會產生一定的壓降，這是因為電流在導體通過的時候會產生電阻熱，另外，交流電通過迴路會產生感抗，消耗了一部分能量，所以爐口電壓總是比設定電壓（變壓器輸出的電壓）低。因此，在重熔的過程中，變壓器輸出功率應該根據要求逐漸變小。然而檢測的爐口電壓不能夠真實體現真正的爐口電壓，因此很難根據爐口電壓來控制渣面的功率。
3、爐口電壓的檢測
考慮將爐口電壓檢測位置移到渣面或者距渣面高度相對不變的位置，只需測量此處的電壓，並根據此處電壓控制變壓器輸出電壓。這樣可以更有根據地設定變壓器輸出電壓的大小，並很容易做出重熔爐鋼變壓器輸出電壓的變化曲線，並把曲線輸入到PLC，實現自動控制。此裝置還在研究過程中。
結論
1）提高電流和降低電壓都可以使功率穩定。
2）功率過高會造成鋼錠表面重皮、漏渣；功率過低會使鋼錠表面有很深的皺紋。找到適中的功率是摸索新鋼種供電制度的關鍵。
3）電壓一定，隨著電流的提高，元素燒損有所改善，但隨著電流繼續升高，元素燒損量增加；電流一定，元素燒損量隨著電壓提高而增大。
4）由於重熔過程中自耗電極的消耗，導致短網壓降不斷降低，這是造成爐口功率不可控的原因。
5）通過對相距渣面高度不變的位置電壓的檢測，可以很容易地畫出設定電壓變化曲線，並可實現自動控制。
套用前景
宇宙飛船、國際空間站、人造衛星、核潛艇、噴氣式遠程轟炸機、原子能、火箭、飛彈等設備。但是，這些尖端設備對製造它的材料性能要求非常嚴格，對所用的鋼材、合金、毛坯提出高純度、高均勻性、耐高溫、耐高壓、抗衝擊、抗疲勞等一系列特殊嚴格要求，尤其是對材料性能的穩定性、一致性和可靠性要求非常高。
可是，滿足這些要求，已非眾所周知的普通冶煉設備所能完成的。為此，冶金工作者們，為了提高和改善宇航設備上的特殊鋼和合金的質量和純度，長期進行研究和探討新的熔煉設備和工藝。通過大量的系統的理論和實踐研究，以及從熱力學和動力學等方面研究和探討冶金過程中的物理化學反應機理，得出的重要結論是：唯一能夠滿足上述要求的工藝就是在真空室內進行宇航材料的冶煉。這是因為（1）在真空狀態下，能夠避免被熔鍊金屬及合金同非金屬夾雜物產生化學反應。（2）在真空狀態下，能夠清除液態熔融金屬中的有害的可溶解氣體和污染物，以提高被熔金屬的純度。
就目前國內外工業水平來看，能夠圓滿完成冶煉上述材料的設備主要有以下 3 種，這就是：真空感應熔煉爐、真空自耗電弧爐和電渣重熔爐。即：欲快速發展航天航空工業，必須大力開發這 3 種高級冶煉設備及其新工藝。
在諸多真空冶金技術中，真空電渣冶金技術近年來有了新的發展。真空電渣重熔與真空電弧重熔和普通電渣重熔比較，具有許多優點，有著廣闊的套用前景。許多行業開始重視了真空電渣重熔與其它種類冶煉技術的聯合套用。出現了不少科技發明專利。例如，“一種低氧低夾雜物銅鑽合金觸頭的生產方法”，屬於電工材料領域，是真空感應熔煉與真空電渣重熔雙聯技術。“一種聚變堆用低活化馬氏體鋼的冶煉生產方法”，屬於金屬材料加工領域，也是採用經過真空感應熔煉熔鑄母材電極再進行真空電渣重熔的方法。
