电渣重熔技术的最新进展

电渣冶金的最新进展陈希春1，冯涤1傅杰2,周德光2（1•钢铁研究总院高温材料研究所，北京，100081; 2.北京科技大学电冶金研究所，北京，100083）摘要：对电渣冶金的最新进展进行了综述，简要介绍了导电结晶器技术、快速电渣重熔、洁净金属喷射成形以及可控气氛电渣冶金，包括真空电渣重熔、惰性气体保护下电渣重熔、高压下电渣重熔等技术。

这些技术的出现，在改善与消除传统电渣冶金局限性的同时，进一步发扬了电渣冶金技术的优越性，使电渣冶金显示出了更强大的生命力、更宽广的应用前景。

关键词：电渣冶金；导电结晶器；高纯净度中图分类号：Recent Development of Electroslag Metallurgy1 12 2CHEN Xi-chun ，FENG Di ，FU Jie，ZHOU De-guang（1. Central Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081 ，China ；2. Un iversity of Scie nee & Techno logy Beiji ng, Beijing 100083 ，China）Abstract: The recent adva nces in Electroslag Metallurgy have bee n reviewed in this paper. Some importa nt inno vative tech no logies, such as Curren t-c on ductive Mold, Electroslag Rapid Remelt ing, Clea n Melt Spray Forming, and Vacuum Electroslag Remelting, Electroslag Remelting under Inert Gases, Electroslag under High Pressure, Electroslag Remelting under Ca-containing Fluxes are introduced briefly. With the developme nt of these adva need tech no logies, which avoid some disadva ntages existi ng in the traditi onal ESM successfully, Electroslag Metallurgy is en titled to further improveme nt and wider applicati on.Keyword: Electroslag Metallurgy ；Current-conductive Mold ；High Cleanliness现代电渣冶金技术起源于前苏联乌克兰巴顿电焊研究所，在电渣焊的基础上开发出了电渣重熔技术。

由于电渣冶金在技术经济上具有一系列的优越性，如金属性能的优异性（包括纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁），经济上的合理性（设备简单、操作方便、生产费用低于真空电弧重熔、金属成材率高）以及工艺的稳定灵活并具有很好的可控性，世界各国都致力于发展该技术，并取得了迅速的发展。

电渣冶金从最初的电渣重熔技术开始，现已发展成为一门跨行业、跨专业的新学科，开拓作者简介：陈希春（1973-），男，在站博士后；收稿日期：2002-01-06 ；修订日期：2002-04-03 出了不少的新分支，如电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣自熔模、电渣离心浇铸、电渣直接还原、电渣焊接、电渣表面镀膜等。

根据—1 —最新资料[1~2]推算，世界电渣钢的产量约为90 万吨/ 年，钢种有低合金高强钢、轴承钢、工具钢、模具钢、不锈耐热钢、高温合金、耐蚀合金和电热合金等。

世界各国生产材料钢号已超过400 个。

近年来，电渣冶金进一步扩大应用于生产有色金属，如Al 、Cu、Ti、Mo 、Cr 合金及贵金属Ag 合金。

同时，电渣冶金也存在着局限性，如熔炼和凝固速度偏低、自耗电极氧化以及熔渣吸气以及活泼金属的氧化等。

如何发展电渣冶金技术的优越性，改善与消除其局限性，一直是电渣冶金技术发展道路上的主要课题。

最近，在广大电渣冶金工作者的不懈努力下，电渣冶金技术又有了新的突破。

开发了导电结晶器 (CCM ，Current-conductive Mold )、快速电渣重熔 ( ESSR，Electroslag Rapid Remelting )、洁净金属喷射成形( CMSF ，Clean Melt Spray Forming )以及可控气氛电渣冶金，包括真空电渣重熔 ( VAC-ESR ，Vacuum Electroslag Remelting )、惰性气体保护下电渣重熔 ( Electroslag Remelting under Inert Gases) > 高压下电渣重熔(PESR、Electroslag under High Pressure)、含钙熔渣电渣重熔(Electroslag Remelting under Ca-containing Fluxes )等技术。

这些技术的出现，使电渣冶金再一次显示出了强大的生命力、宽广的发展前景，使得电渣冶金与现代工业生产相匹配、为工农业国防尖端的发展提高更多、更好的优质材料成为可能。

下面，将对以上电渣冶金技术的最新进展作进一步的介绍。

1. 导电结晶器技术导电结晶器技术是由乌克兰巴顿电焊研究所“Elmet-Roll ”密多瓦尔科研组和奥地利“Inteco ”公司独立研究开发的[3]。

基本原理如图1 所示，与传统电渣重熔过程电流从自耗电极经过熔渣到达重熔锭(结晶器保持中立或与重熔锭同电位)不同，导电结晶器技术可以有多种方式让电流经过渣池，如电极—结晶器/重熔锭、结晶器—重熔锭、结晶器—结晶器等。

在此基础上，“ Elmet-Roll ”密多瓦尔科研组开发了液态金属电渣冶金技术( EST-LM)⑷和双回路电渣冶金技术(EST-TC)⑸，“Inteco”公司开发了电渣连续浇铸技术( ESCC)⑹等。

如图2 所示，液态金属电渣冶金技术无需制造和准备自耗电极，导电结晶器就起到了非自耗电极的作用，并且改变了传统电渣重熔过程中温度参数与电效率之间的特定关系，大大增强了控制渣池和熔池之间热分配的能力，这在传统电渣重熔过程中是无法实现的，图 3 表明，液态金属电渣冶金技术使熔池的深度减小了，这对获得均匀细小的组织是十分有益的，如图4所示。

“ Elmet-Roll ”密多瓦尔科研组与Novokramatorsk 机械制造工厂应用液态金属电渣冶金技术批量生产了直径为740mm ，工作层为高速钢的复合热轧辊，试用结果表明，使用寿命比标准的铸铁轧辊提高了4〜4.5倍⑺。

当必须使用自耗电极的时候，就演变成双回路电渣冶金技术，如图5 所示，可以获得同样的效果。

图2液态金属电渣冶金技术示意图（a）—真空电弧重熔；（b）—传统电渣重熔；（c）—液态金属电渣冶金图3 熔池形状图1导电结晶器技术原理图Fig.1Schematic of Current Conductive mould(b)(a)（a）—电渣镀层；（b）—熔铸空心锭；（c）—熔铸实心锭(c)Fig.2 Diagrams of electroslag technologies with liquid metal(a)(b)(c)图6电渣连续浇铸技术示意图 Fig.5 Diagram of ESR-TCprocessFig.6 Arrangement of the electroslag continuous casting process图6是电渣连续浇铸技术的原理图，渣池由从导电结晶器输入的电流加热，可以保护熔池表层不 被大气氧化并且在结晶器内壁与凝固壳之间起到了润滑剂的作用。

由于有加热渣池的保护，可以使连 续铸钢的速度大幅度降低，而不会导致铸锭表面质量的恶化，这一技术使易偏析合金，如高速工具钢、 镍基合金等的连续铸钢成为可能。

2.快速电渣重熔技术传统电渣重熔过程中重熔速度的控制依据熔化速度（ kg/h ）与重熔锭直径（mm ）之比不到或略大于1，对于一些易偏析合金如工具钢、高温合金等，这一比值低至0.65〜0.75。

这样，重熔小直径钢锭Fig.3 Structure and shape of metal pool(a)(b)(a)—液态金属电渣冶金；(b)—传统电渣重熔 图4镍基合金管坯的低倍组织图Fig.4 Macrostructure of nickel-based alloy pipe billet produced by the ESR-LM (a) and classical ESR (b) 图5双回路电渣冶金技术原理图时熔炼速度就很低，导致了相当高的冶炼费用，尽管小直径重熔锭具有细小的枝晶结构可以直接进行 轧制，然而300〜400mm 以下重熔锭的广泛应用仍是难以逾越的鸿沟。

而奥地利“Inteco ”公司在导电结晶器技术基础上发展起来的快速电渣重熔技术可以很好地克服这一问题［8］。

如图7所示，快速重熔主要设备导电T 型结晶器。

应用这一技术重熔直径为 100〜300mm的小直径钢锭时，其熔化速度与重熔锭直径之比可以达到 的自耗电极熔化速度高达300〜1000 kg/h 。

Fig.7 T shape current conductive mould of ESRR technologyFig.8 200mm square ESRR billet在过去的四年中，为了更好地掌握这一技术，进行了大量的试验工作［8~10］,包括100mm 、140mm 、160mm 、200mm 的方坯，钢种有高速工具钢、不锈钢、高温合金如718等。

结果表明，各种小直径重熔锭具有良好内在质量和表面质量，可以直接进行热轧；在自耗电极熔化速度高达 500kg/h 以上时，重熔锭组织均匀细小，没有发现明显的偏析和疏松。

3. 洁净金属喷射成型技术非金属夹杂物对气涡轮发动机高温合金部件的低循环疲劳寿命有重要的影响，脆性的夹杂物经常 是裂纹源，从而导致了高温合金部件的早期失效。

因此，消除或限制此类夹杂物的大小尺寸就显得十 分重要。

目前，在高纯净度铸造、锻造高温合金生产工业中普遍采用三联工艺（真空感应熔炼+电渣重熔 +真空电弧重熔）。

真空感应熔炼制备具有适当化学成分的自耗电极，在电渣重熔工序去除脆性的氧化物夹杂获得较高的纯净度，最后通过真空电弧重熔获得无宏观偏析、组织均匀的毛坯，这一组合工艺 很快就成为了标准的冶炼工艺。