電渣熔煉

方法簡介

因多採用經電弧爐、感應爐及其他熔煉爐熔鑄的錠坯為自耗電極，或其碎塊廢料作爐料，以CaF2-Al2O3基電渣為熔劑，在水冷銅質坩堝中和電渣保護下進行重熔，故又常稱為電渣重熔。這種方法的特點是在整個熔鑄過程中，金屬始終是在電渣的保護、加熱和精鍊作用下得到提純和凈化的。

自20世紀40年代霍普金(R．K．Hopkins)提出電渣熔煉的原理以來，電渣熔煉便很快在鋼鐵冶金中得到應用。電渣熔煉在工業上多用於重熔一些重要的高溫合金、精密合金、耐蝕合金及不易加工的銅、鎳、鋁、鈦等有色金屬合金。20世紀60年代中期，蘇聯、美國、中國相繼建造了生產用電渣爐及電渣技術研究中心。中國於20世紀70年代首先開發了有襯電渣爐熔煉技術，以耐火坩堝代替水冷結晶器。這種有襯電渣爐熔煉技術除可節約能耗30%～40%外，還便於調控合金成分和熔煉溫度，以及可澆注複合冷軋輥及曲軸等鑄件。目前世界最大電渣爐的生產能力已達220t，正向三相三極生產三個錠坯和連續熔鑄錠坯、動態程序控制、虹電diarl吸注渣快速引弧、活性有色金屬重熔技術等方面發展。如採用含少量金屬鈣的Ca—CaF2渣系，熔煉鈦及其合金，得到了不氧化或與原料含氧水平相同的鈦錠。最近採用氦氣強化錠坯的冷卻技術來提高生產率和錠坯質量。利用充氮的電渣熔煉可得到高氮合金；在電渣中加入稀土及硼、鋯等金屬作變質劑，可得到純度更高和結晶組織細密的錠坯。

電渣爐按電極的不同，分為自耗式電渣爐和非自耗電渣爐兩種。兩者區別在於：前者的自耗電極為熔煉原料，在熔化過程中不斷熔化；後者則為不熔電極。電渣爐主要由電源及調控系統、結晶器或坩堝、電極、加料器、錠坯的升降機構及水冷系統等所組成。熔煉時先將少量需重熔的合金碎塊料和電渣粉料置於結晶器底部，然後將電極下降與合金爐料相接觸而起弧。自耗電極端面和電渣及起弧爐料在電弧加熱作用下，很快被熔化並逐漸形成金屬熔池和覆蓋在其上面的渣池。起弧后，隨著自耗電極的熔化和縮短，須定期加入定量的電渣，以得到一定深度的渣池且見不到電弧。

電渣爐結構簡單，無需龐大的真空系統，既可用直流電，也可用交流電；既能生產大型錠坯，也可生產管坯等異型鑄件；既可用自耗電極作爐料，也可用水冷非自耗電極及散裝爐料；既可重熔鋼鐵，也可熔煉有色金屬。電原理自耗電極或爐料在電渣的電阻熱作用下熔化成液滴，並在重力、電磁力及電渣液沖刷力作用下，連續地穿過渣池下落到金屬熔池，在結晶器周壁的冷卻下逐漸凝固成錠坯。由於渣的密度較小，在熔煉過程中始終覆蓋於金屬熔池上面，不僅有過濾凈化穿過的金屬液滴、防止金屬氧化等作用，還能起化學造渣、脫硫精鍊、熔化和保溫等作用。渣池和金屬熔池一樣，在周邊結晶器的冷卻作用下，優先在結晶器壁面冷凝一薄層渣殼，起絕緣和保護作用，可防止金屬熔體與結晶器材料發生相互作用，使電流和熱量主要由結晶器底部定嚮導出，有利於錠坯自下而上的定向結晶，得到補縮良好、緻密度高、表面光潔、純度和塑韌性高的錠坯。

主要影響因素電渣的性質、成分和用量以及電壓和電流等，對重熔金屬或合金質量有著重要影響。具有高的抗氧化和精鍊能力、較低的熔點和密度以及適當的電阻和粘度的電渣，可以得到更好的熔煉效果。採用較高工作電壓及大電流密度，適當的渣量，能提高渣池溫度，細化金屬液滴，有利於精鍊過程和軸向結晶。採用較大填充比，對降低電耗、提高生產率及錠坯表面質量有利。