電渣

把平爐、轉爐、電弧爐或感應爐冶鍊的鋼鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精鍊工藝，英文簡稱ESR。美國霍普金斯(R.K.Hopkins)於20世紀40年代首先提出這種精鍊方法的原理。其後蘇聯和美國相繼建立工業生產用的電渣爐。60年代中期由於航空、航天、電子、原子能等工業的發展，電渣重熔在蘇聯、西歐、美國獲得較快的發展。生產的品種包括：優質合金鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金以及鋁、銅、鈦、銀等有色金屬的合金。1980年世界電渣重熔鋼生產能力已超過120萬噸。

在銅製水冷結晶器內盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過短網導線和變壓器形成迴路。在通電過程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過渣池，落入結晶器，形成金屬熔池，受水冷作用，迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段，以及液滴穿過渣池滴落階段，鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。鋼中有害元素（硫、鉛、銻、鉍、錫）通過鋼-渣反應和高溫氣化比較有效地去除。液態金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因為是在銅製水冷結晶器內熔化、精鍊、凝固的，這就杜絕了耐火材料對鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補縮作用，保證鋼錠的緻密性。上升的渣池在結晶器內壁上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導，有利於鋼錠自下而上的定向結晶。由於以上原因，電渣重熔生產的鋼錠的質量和性能得到改進，合金鋼的低溫、室溫和高溫下的塑性和衝擊韌性增強，鋼材使用壽命延長。

電渣設備簡單，投資較少，生產費用較低。電渣重熔的缺點是電耗較高，目前通用的渣料含CaF2較多，在重熔過程中，污染環境，必須設除塵和去氟裝置。

1980年4月，一台200噸級的大型電渣爐在上海重型機器廠試製成功。它是中國最大，也是世界上最大的一台電渣重熔爐。

大型電渣爐建設是一項重大工程。整個工程由副總工程師林宗棠負責領導和組織，北京鋼鐵學院朱覺教授任顧問，上海重型機器廠和北京鋼鐵學院共同開發研製。重熔工藝和車間設計由劉椿林負責；電渣重熔設備由皇甫埏負責設計；高壓和低壓電氣由蘇燁和談家寶負責設計；土建和公用部分由上海機電設計研究院設計。從1972年11月起到1974年12月止，劉椿林和北京鋼院教師劉海洪帶領試驗小組在上重廠和有關工廠先後進行了多項試驗，以確定電渣爐設備的設計參數、重熔和抽錠工藝參數。這台三相三搖臂雙極串聯式的大型電渣爐由三個小機架呈等邊三角形布置構成。每個小機架有一根18米高的立柱。三根立柱的底部固定在地基上，中部和頂部用曲梁連結，構成電渣爐本體。在中部曲樑上安放直徑2.8米的銅襯鋼殼水冷結晶器。每根立柱的上部通過傳動裝置裝有可以上下運動又能左右旋轉的搖臂。搖臂的一端裝有電極夾持機構，可以夾持相互絕緣而串聯的兩根電極。三個搖臂共懸掛六根電極。每兩根電極由一台單相變壓器供電。這樣六根電極便組成三相雙極串聯迴路。電極直徑為500毫米，每根重約5噸。結晶器下部有一台帶水冷卻底板的電動平車，平車載重可達300噸。平車放在能沿三根立柱上下運動的活動平台上。重熔開始前，活動平台上升使水冷底板將結晶器下部封住，然後在結晶器內造渣和重熔電極。六根鋼電極同時進行重熔，經過一定時間電極重熔將盡，三個搖臂輪流地換上新的電極，以便熔煉出一個大的電渣錠。隨著鋼電極的重熔，結晶器的渣液面便不斷上升，達到一定高度后便進行抽錠操作，即在渣液面上漲的同時不斷將水冷底板向下緩慢降落，以得到有一定長度和所需噸位的大型電渣錠。鋼錠煉成后，平台下降，鋼錠便從結晶器內抽出，電動平車載著鋼錠沿著軌道開出爐外。

這台電渣爐有以下特點：雙極串聯供電，可以減少迴路感應，提高電功率因數；採用三相電源，有利於外網路電壓平衡；三搖臂輪換電極，用小截面電極重熔大鋼錠，有利於控制電極成分偏析；採用抽錠操作，能用短結晶器重熔長的鋼錠。

用它重熔鋼錠製成的鍛件，1982年通過國家鑒定，同意用這台電渣爐為中國第一台核電站——秦山30萬千瓦核電站生產安全一級壓力容器用鋼錠。接著為核電站的蒸發器和穩壓器提供了所需的全部大型電渣錠。其中最大的兩隻電渣錠單重分別為205噸和207噸。

后還用這台電渣爐重熔了火電鍛件和化工容器用的大型電渣錠。它生產的大型電渣錠經過國家鑒定，表明電渣鋼純度高，成份均勻，性能良好，韌性特別優良。從而為中國優質大型鍛件的製造開闢了一條新的途徑。