技術(shù)發(fā)展

把平爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐或感應(yīng)爐冶煉的鋼鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進(jìn)行二次重熔的精煉工藝，英文簡稱ESR。美國霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世紀(jì)40年代首先提出這種精煉方法的原理。其后蘇聯(lián)和美國相繼建立工業(yè)生產(chǎn)用的電渣爐。60年代中期由于航空、航天、電子、原子能等工業(yè)的發(fā)展，電渣重熔在蘇聯(lián)、西歐、美國獲得較快的發(fā)展。生產(chǎn)的品種包括：優(yōu)質(zhì)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(chǎn)能力已超過120萬噸。

工作過程

在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器形成回路。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(jié)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(yīng)和高溫氣化比較有效地去除。液態(tài)金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因為是在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)熔化、精煉、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(bǔ)縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結(jié)晶器內(nèi)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(dǎo)，有利于鋼錠自下而上的定向結(jié)晶。由于以上原因，電渣重熔生產(chǎn)的鋼錠的質(zhì)量和性能得到改進(jìn)，合金鋼的低溫、室溫和高溫下的塑性和沖擊韌性增強(qiáng)，鋼材使用壽命延長。

設(shè)備

電渣設(shè)備簡單，投資較少，生產(chǎn)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(huán)境，必須設(shè)除塵和去氟裝置。

最大的爐

1980年4月，一臺200噸級的大型電渣爐在上海重型機(jī)器廠試制成功。它是中國最大，也是世界上最大的一臺電渣重熔爐。

大型電渣爐建設(shè)是一項重大工程。整個工程由副總工程師林宗棠負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)和組織，北京鋼鐵學(xué)院朱覺教授任顧問，上海重型機(jī)器廠和北京鋼鐵學(xué)院共同開發(fā)研制。重熔工藝和車間設(shè)計由劉椿林負(fù)責(zé)；電渣重熔設(shè)備由皇甫埏負(fù)責(zé)設(shè)計；高壓和低壓電氣由蘇燁和談家寶負(fù)責(zé)設(shè)計；土建和公用部分由上海機(jī)電設(shè)計研究院設(shè)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(lǐng)試驗小組在上重廠和有關(guān)工廠先后進(jìn)行了多項試驗，以確定電渣爐設(shè)備的設(shè)計參數(shù)、重熔和抽錠工藝參數(shù)。這臺三相三搖臂雙極串聯(lián)式的大型電渣爐由三個小機(jī)架呈等邊三角形布置構(gòu)成。每個小機(jī)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(jié)，構(gòu)成電渣爐本體。在中部曲梁上安放直徑2.8米的銅襯鋼殼水冷結(jié)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(zhuǎn)的搖臂。搖臂的一端裝有電極夾持機(jī)構(gòu)，可以夾持相互絕緣而串聯(lián)的兩根電極。三個搖臂共懸掛六根電極。每兩根電極由一臺單相變壓器供電。這樣六根電極便組成三相雙極串聯(lián)回路。電極直徑為500毫米，每根重約5噸。結(jié)晶器下部有一臺帶水冷卻底板的電動平車，平車載重可達(dá)300噸。平車放在能沿三根立柱上下運動的活動平臺上。重熔開始前，活動平臺上升使水冷底板將結(jié)晶器下部封住，然后在結(jié)晶器內(nèi)造渣和重熔電極。六根鋼電極同時進(jìn)行重熔，經(jīng)過一定時間電極重熔將盡，三個搖臂輪流地?fù)Q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(jié)晶器的渣液面便不斷上升，達(dá)到一定高度后便進(jìn)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，平臺下降，鋼錠便從結(jié)晶器內(nèi)抽出，電動平車載著鋼錠沿著軌道開出爐外。

這臺電渣爐有以下特點：雙極串聯(lián)供電，可以減少回路感應(yīng)，提高電功率因數(shù)；采用三相電源，有利于外網(wǎng)絡(luò)電壓平衡；三搖臂輪換電極，用小截面電極重熔大鋼錠，有利于控制電極成分偏析；采用抽錠操作，能用短結(jié)晶器重熔長的鋼錠。

用它重熔鋼錠制成的鍛件，1982年通過國家鑒定，同意用這臺電渣爐為中國第一臺核電站——秦山30萬千瓦核電站生產(chǎn)安全一級壓力容器用鋼錠。接著為核電站的蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器提供了所需的全部大型電渣錠。其中最大的兩只電渣錠單重分別為205噸和207噸。

后還用這臺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(chǎn)的大型電渣錠經(jīng)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(yōu)良。從而為中國優(yōu)質(zhì)大型鍛件的制造開辟了一條新的途徑。