重熔精炼

电渣重熔过程中去除非金属夹杂物主要发生在电极末端熔滴形成阶段。电极端头夹杂物去除过程可以精确划为三个区段:

1.非金属夹杂物从电极端头液态金属薄膜层内向钢渣界面转移；

2.钢渣界面上非金属夹杂物为炉渣所吸附和溶解；

3.夹杂物溶解产物离开钢渣界面向渣池内部扩散。

电渣重熔时，电磁力作用引起渣池强烈搅拌，使溶解的非金属夹杂物在渣池中剧烈运动，因而溶解的非金属夹杂物的物质传递取决于对流扩散，防碍它运动的阻力很小，所以第三环节不是限制性环节。

由于界面能的作用，加上炉渣对夹杂的溶解，只要夹杂物和渣相接触，就能被炉渣吸收，所以第二环节是自发过程，也不是限制性环节 。

1.电渣重熔自耗电极原始夹杂物的类型、成分和尺寸对重熔提纯效果具有重大影响，所以恰当选择自耗电极冶炼方式和脱氧制度，可以有目的控制电渣重熔钢纯净度及夹杂物成分及类型。

2.电渣重熔电极的冶炼若采用Ca-Mn-Si及AMS ( Al-Mn-Si)复合脱氧剂，形成的原始夹杂物是稳定的硅酸盐，熔点较低，具有较大聚集趋向，经电渣重熔过程易去除。

3.用铝终脱氧，特别当加Al量在1公斤/吨以上时，原始夹杂物为高熔点铝矾土，细小分散，在电渣重熔过程难为渣中吸收。

4.自耗电极的冶炼若用稀土合金脱氧，重熔精炼效果优异，关于稀土元素电渣过程的冶金反应及稀土合金对电渣钢质量的影响有待进一步深入研究 。2100433B

关于电渣重熔过程金属提纯净化的本质，国内外多数冶金工作者认为主要是渣洗作用，包括渣对钢中夹杂物吸附和溶解。直接影响渣洗的因素是:渣系的成分和配比，夹杂物的成分及尺寸。如众所周知，钢中非金属夹杂物的类型、成分、尺寸往往取决于冶炼终脱氧制度。

经过电渣重熔质量都有所提高，然而提纯效果相差十分悬殊，就重熔精炼后钢中电解夹杂物总量和氧含量而言，混合稀土脱氧为最佳，除不加脱氧剂的外，以用Al脱氧为最差。由随着终脱氧加Al量的增加，提纯效果恶化，重熔金属夹杂物总量(电解分析)，氧气含量全面提高。原始夹杂物含量多少，对重熔金属纯洁性无重大影响，例如用稀土(Ce-La), Ca-Mn-Si及AMS脱氧，原始夹杂物含量很高，重熔后反而更为纯净。

电解分析氧化物夹杂总量和气体分析氧含量基本上是相符的，而金相夹杂物总量和电解数据稍有差别，考虑这是分析方法差异所致。在放大115倍的情况下观察金相，尺寸在2μ以下的夹杂物全被忽略。所以认为夹杂物电解分析较为准确，以下讨论夹杂物的总量均以电解分析数据为根据。

电极及结晶器几何尺寸，重熔电规范，渣成分及重量均不变，所以可以认为各炉试验的钢渣接触面积，钢渣接触时间是相同的。致于电渣炉自耗电极不同终脱氧制度的影响，只能通过夹杂物性质对钢渣反应的影响去考虑。

通过金相观察发现:轴承钢自耗电极冶炼，终脱氧加Al1公斤/吨以上，非金属夹杂物以铝氧土为主，呈碎屑状，成群分布，夹杂物平均尺寸较小。而用Ca-Mn-Si, Ca及AMS终脱氧，夹杂物以钙硅酸盐，铝硅酸盐为主，钙硅酸盐呈球状，尺寸较大。铝硅酸盐呈菱形，尺寸也较大 。

电渣重熔过程，电极端头熔化的金属，沿锥头滑移，具有分层和波纹特征，基本上属于层流。液态金属薄膜层厚50-200微米，远大于夹杂物直径。特别是夹杂物没有自发由液态金属薄层内向钢一渣界面移动的动力。而且由于夹杂物在液态金属层内浮升的作用，使夹杂物向内移动。显然可以认为夹杂物由液态金属层内向钢一渣界面转移是限制性环节。在液态金属流沿锥头向下滑移时，受重力作用，比重较钢液轻的夹杂物会滞后于金属流，如此增加了夹杂物和渣相接触机率，夹杂物颗粒愈大滞后愈大，和渣相接触机率也增大了，这就是为什么低熔点大颗粒夹杂在电渣重熔过程比高熔点弥散分布的小颗粒夹杂更易为渣所吸收的原因。

重熔前后非金属夹杂物类型、成分是不同的，这是由于大部分原始夹杂物在电渣重熔过程中电极端头熔滴形成阶段已去除，一部分残留夹杂物随金属液态进入渣池，炉渣和夹杂物边缘作用，导致夹杂物具有复杂结构。研究工作发现电渣钢夹杂物中心和边缘成分不同，这种复杂结构是电炉钢夹杂物特征。炉渣对电极中夹杂物化学活性愈大，夹杂物结构变化愈大。其次，还有一部分不稳定氧化物高温分解，呈合金元素和[O]溶合。在金属熔池中，随温度下降，钢中[O]的溶解度下降，重新氧化，形成新生夹杂物。新生夹杂物成分由钢中元素的活度及其与氧结合力所决定。如电渣重熔加Al1.5kg，重熔钢中残余铝高达0.07%，在金属熔池凝固阶段，细小分散的氧化铝夹杂上浮困难，残存钢中。

关于不进行终脱氧重熔效果恶化的原因，可以认为是不稳定夹杂物MnO·FeO会增加钢对夹杂物的润湿作用。同时一部分夹杂物高温分解，形成[O]溶于钢中，无法通过渣洗作用去除 。

重熔工艺包括对重熔工艺过程的控制和工艺参数的选择。

真空电弧重熔重熔过程控制

真空电弧重熔过程可分为焊接电极、引弧、正常熔炼和封顶4个时期：

(1)焊接电极。每一炉熔炼所用的自耗电极要求与过渡电极同轴且被牢固地焊接在过渡电极上。焊接在真空下进行。在自耗电极被焊接的一端铺上一层同品种车屑作为引弧剂，然后下降电极杆，使过渡电极与自耗电极之间燃弧，当燃弧的两个端面被加热且电弧稳定，在自耗电极端面有较多的金属液相形成时，迅速下降电极杆，使燃弧的两个端面紧密接触而焊合在一起。

(2)引弧。在自耗电极与结晶器底部的引弧剂之间形成电弧，提高弧区温度和在结晶器底部形成一定大小的金属熔池，保持自耗电极与金属熔池之间形成稳定的电弧，使自耗电极的重熔转入正常的熔炼。

(3)熔炼期。是重熔过程的主要时期，在这期间钢或合金被精炼和凝固成锭，即脱除金属中的气体及低熔点的金属杂质，去除非金属夹杂物，降低偏析程度以及获得理想的铸态组织结构。

(4)封顶。目的在于减小重熔锭头部缩孔，减轻头部“V”形收缩区的疏松程度，以及促进夹杂物的最后上浮和排除，减少切头量，提高成材率。

真空电弧重熔工艺参数的选择

真空电弧重熔产品的质量，取决于重熔参数是否合理。在生产实践中，是根据所熔炼的品种、重熔的目的和要求来选择工艺参数的。

ESR，是Electroslag Remelting的英文缩写，指电渣重熔，主要是通过精确控制的凝固过程，使金属的结构完整。

中文名

电渣重熔

外文名

Electroslag Remelting

缩写

ESR

特点

精确控制的凝固过程，使结构完整

Electroslag Remelting (ESR)

电渣重熔

把平炉转炉电炉等冶炼的钢铸造或锻制成电极，熔化电极浸在水冷铸模的渣池中。电流（通常为AC）通过电极和即将成型的钢锭之间的熔渣并加热熔渣，从而金属滴在电极上熔化。熔化的金属滴穿过熔渣到达水冷铸模的底部，在这儿进行凝固。当钢锭形成后，渣池向上移动。新的精炼材料钢锭在铸模底部慢慢形成。它均匀定向地凝固，避免了中心凝固不佳，这在传统的钢锭铸造中时有发生，因为它们从外向内凝固。

一般来说，ESR提供了非常高的、一致的和可预测的产品质量。精确控制的凝固过程，使结构完整，无缺陷。由于在钢锭和铸模壁之间形成了一层凝固的波薄渣皮，从而提高了钢锭表面的质量。这就是ESR被认为是生产当今工业中的高性能高温合金的首选方法的原因，例如用于航空航天、核工和和重型锻造等。所得到的都为高纯度的钢锭，这在若干年前还未听过。其它工程领域也以“高技术”先驱为榜样，坚持利用最先进和最复杂的设备通过ESR得到更新更高的纯度。2100433B

《重熔用铝锭(GB/T 1196-2008)》由中国标准出版社出版。