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兰州炉渣重熔的基本原理

兰州炉渣重熔是金属及其合金的一种特殊的冶炼方法,虽然兰州炉渣冶金可划分出多种技术方法和应用于不同的领域,但其基本和核心的技术是电渣重熔(Electroslag Remelting,简称ESR)。电渣重熔的基本原理是:在铜制水冷结晶器中加入固态或液态的炉渣,将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时,有电流从变压器输出通过液态熔渣。由于在上述供电回路中熔渣的电阻相对较大,占据了变压器二次电压的大部分压降低,从而在渣池在产生大量的热,使其处于高温的熔融状态,由于渣池的温度远大于金属的熔点,从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化,熔化的金属汇聚成液滴,在重力的作用下金属熔滴从电极的端头脱落,穿过渣池进入金属熔池,由于水冷结晶器的强制冷却,液态金属逐渐形成钢锭。

兰州炉渣

 电渣重熔的特点

   电渣重熔是金属及其合金的一种特殊的冶炼方法,虽然电渣冶金可划分出多种技术方法和应用于不同的领域,但其基本和核心的技术是电渣重熔(Electroslag Remelting,简称ESR)。电渣重熔的基本原理是:在铜制水冷结晶器中加入固态或液态的炉渣,将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时,有电流从变压器输出通过液态熔渣。由于在上述供电回路中熔渣的电阻相对较大,占据了变压器二次电压的大部分压降低,从而在渣池在产生大量的热,使其处于高温的熔融状态,由于渣池的温度远大于金属的熔点,从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化,熔化的金属汇聚成液滴,在重力的作用下金属熔滴从电极的端头脱落,穿过渣池进入金属熔池,由于水冷结晶器的强制冷却,液态金属逐渐形成钢锭。

电渣重熔工艺的要素

  由于电渣重熔的独特的优势,近些年来,在合金模具钢的生产中大量被应用。但在其生产工艺方面,应注意以下几个方面:

①电力制度  

重熔时的电流大小的变化将影响熔化速度和电力消耗,也直接影响钢锭的结晶状态。这三个因素是相互关联的,如增大充填比后,为避免熔速过快,使熔池过深而影响冶金质量,就应降低输入功率。但为保证稳定的熔炼过程,一般均采用较低的工作电压。正确地选用电力制度十分重要。

②渣系及渣量  

炉渣在电渣冶金中十分重要,炉渣不但能起到发热剂的作用和精炼作用,而且是在电极熔化末端,熔滴形成和下落,在渣池与金属熔池界面上,熔渣与金属液之间要发生一系列的物理化学反应,如脱硫、去气和吸收非金属夹杂物,钢中的活泼元素的氧化或某些氧化物的还原等反应,从而对钢的纯净度和化学成分的控制产生重要的影响。在模具钢的冶炼中大部分的品种采用二元系,即CaF2-Al2O3系,这也是电渣重熔常用的渣系,一般比例为70%/30%。也有用CaF2-Al2O3-CaO三元渣系和CaF2-Al2O3-CaO-MgO四元渣系的。渣的用量一般视锭重而定。

③充填比  

所谓的充填比是指电极截面积的大小和结晶器截面积之比。充填比与电渣熔炼时的熔池的大小,深度和形状等有很大的关系,从而影响电渣钢的质量。加大充寺紫会降低电耗,加深熔池的深度,但过大会带事操作的不便。小的充填比有利于夹杂物的去除,并且有利于钢锭良好的结晶组织。

 结束语

    兰州炉渣重熔后,模具钢的组织和性能有显著提高,主要表现在以下几个方面:

1、改善钢的低倍组织。在电渣重熔时,由于钢液的快速凝固,其结晶的方向发生了变化,比普通的模铸钢锭相比有明显的改善。重熔时树枝状晶的晶间距离缩小了,如H13(4Cr5MoSiV1)钢材的中心部分检查发现,模铸钢锭为750μm,而电渣锭生产时为490μm,细化的枝晶有利于组织和成分的均匀化。

2、降低钢中的非金属夹杂物的含量。经电渣重熔后,钢中的非金属夹杂物的含量显著降低,尤其是硫化物夹杂在形态和数量上都有明显的变化和减少,硅酸盐夹杂也大量被去除,氧化物多为Al2O3,但数量也明显减少。日本JIS标准的SKD61(相当于GB的4Cr5MoSiV1),有不同的冶炼方法生产的钢材的病例杂物水平见表2-11,从表中可以得知,通过电渣重熔后钢的纯洁度明显提高。





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