第一代和第二代电渣冶金技术的发展
摘
要
论述 了电渣冶金技 术的分类 ， 一代 和第二代 电渣冶金技术的特点 ， 第 电渣冶 金发展历史 的分期 ， 第一
代 和 第二 代 电渣 冶 金 技 术 的 发展 ， 二 代 电 渣 冶金 进 一 步 发 展 的 方 向 。 指 出第 一 代 电 渣 重 熔 技 术 是 伴 随 电 渣 重 熔 第
第 ３ 卷第 １期 １
・
特 殊钢
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１ ・ ２１ ８ ０ ０年 ２月
Ｖｏ ． ． ．１ １ ３１ Ｎｏ Ｆｅ ｒ ａ ｙ ２ ０ ｂ ｕ ｒ ０１
・
工 艺 材 料进 展 ・
第 一 代 和 第 二 代 电渣 冶 金 技 术 的 发 展
傅 杰
（ 京 科 技 大 学 ， 京 １０ ８ ） 北 北 ０ ０ ３
锭大型化 发展起来 的， 随着核 电技术的迅速发展 ， 第二代 电渣 重熔技术 应实现 大型装备优化 设计 、 氛可控制 、 气 重 熔和凝固过程可控制 ， 并提高计算电渣重熔锭大型化 惰性气体保护 快速冷却 发展方向
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电渣冶金的最新进展
5
一.电渣冶金历程 1、缓慢发展 25年(1940~1965年) 1965年Firth—Sterling公司破产，技术公之于 众。 1963年，前苏联电渣技术系统已成熟， Медовар《电渣重熔》一书 1963年，中国金属学会大会“电渣冶炼在中 国的发展”总结
6
2.飞跃发展 10年（1965~1975年） 1965年美国，西欧对ESR和VAR之争做出结 论：协和式客机采用电渣钢。
9
二.电渣冶金的现状 实产电渣钢及合金 130万t/a 最大电渣炉：我国上海重型机器厂 240t 德国萨尔钢厂 最大板坯电渣炉： 70t 最大电渣焊断面： 10m2 稳定生产钢号超过 400个
10
165t (220t)
1966~2001年，世界性电渣冶金会议（及 包括ESM）14次之多。
从事电渣研究的单位：
16
表2 INCO718合金真空电渣重熔前后化学成分
成分 C Co Cr Fe Mg Mn Mo Nb Ni P S Si Ti V Al Cu 合金成分 自耗电极 0.028 0.18 18.94 17.20 0.0081 0.08 3.02 5.31 53.24 0.010 0.008 0.13 0.95 0.03 0.66 0.07 重熔锭 0.028 0.18 18.97 17.20 0.0053 0.08 3.02 5.32 53.24 0.007 0.0007 0.13 0.93 0.03 0.67 0.07 变化量（%） 0 0 0.03 0 -0.0028 0 0 0.01 0 -0.003 -0.001 0 -0.02 0 0.01 0
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2.真空电渣重熔VAC-ESR
图2 真空电渣重熔设备
பைடு நூலகம்
电渣炉
电渣炉的规格参数（5t以下）
规格 （ T） 年产 （ T） 自耗电极 直径 ф mm 长度 mm 直径 结晶器 高度 锥度 变压器（连接组标号I,i0） 容量 一次 （KVA） 电压 (KV) 二次 电压 (V) 炉口 电压 (V) 二次 电流 (KA) 总 重 (T )
0.03
电渣重熔的特点
随着机械、动力、石油、化工、航空工业等部门的飞跃发展及原子能工程、 火箭和宇航技术的出现，人们对钢和合金的性能提出了越来越高的要求，例 如：要求零件和设备耐高温、抗腐蚀、高强度，以及在某些极复杂的条件。 如：高温、高压、动载荷、高速度等条件下工作。为此，人们除研制新的钢 种和合金材料外，在冶炼工艺方面进行了大量的研究工作。发现并应用了一 些特种冶炼方法。把经过普通冶炼方法（如：平炉、转炉和普通电弧炉）炼 出的钢和合金进行再精炼，以提高钢和合金的冶金质量，生产高质量的金属 材料，电渣重熔就是其中的一种。 提高冶金质量主要有两个方面：（1）提高钢和合金的纯洁度；（2）获得均 匀致密的结晶组织。前者就是要降低钢中气体和非金属夹杂物的含量。后者 就是要降低或消除在液态金属凝固时产生的成分偏析、组织不均匀、缩孔和 疏松等低倍缺陷。 电渣重熔冶炼钢在上述两个方面具有突出的优点。电渣重熔过程具有去除非 金属夹杂物的极有利条件，经过电渣重熔的钢和合金有很高的纯洁度。用一 般方法冶炼的钢中含有的非金属夹杂物，经过电渣重熔后可以去除80－90％。 电渣钢锭是在水冷结晶器内强制冷却凝固，因此钢锭具有致密的结晶组织， 一般不出现普通冶炼方法所产生的缩孔、疏松等低倍缺陷。
变压器冷却及安装
从变压器的冷却方式上，由原来的强制油循环冷却，发展为干式风冷。 随着铁芯材料质量的提高，变压器发热的现象明显减弱，自冷式变压 器将成为电渣炉用变压器的发展方向。西安变压器厂为山东一企业制 造的 40t 电渣炉用 6000KVA 大型变压器就是采用自行冷却方式冷却 的。其主要缺点是为了增大散热面积，变压器的体积较大。 对于变压器的安装位臵，在保证安全的条件下应尽可能离电渣炉近一 些，以缩短导线，减少网络感抗及电压降。
电渣知识
电渣知识：电渣冶金起源于美国,一九四O年霍普金斯取得了发明专利。
一九五八年,苏联德聂泊尔特钢厂工业电渣炉建成,现代电渣冶金开始进入工业化进程。
46年来国内外电渣冶金取得了突飞猛进的发展,新工艺、新技术层出不穷,形成了一个跨专业、跨行业的新学科。
了解和掌握国内外电渣冶金发展概况,对东北特钢电渣冶金的定位及决策具有一定的参考价值。
1.国外电渣冶金发展概况一九四○年虽然霍普金斯已取得了发明专利,但是由于当时技术上的封闭和不成熟,以及理论上存在着电渣冶金是埋弧过程的错误的主导思想,致使电渣冶金的发展长期处于停滞状态。
现代电渣冶金技术是由前苏联发展起来的。
乌克兰巴顿电焊研究院在埋弧焊接过程中偶然发现,过多的渣液会使电弧熄灭,并使操作变得平稳,于是发明了电渣焊。
并在电渣焊的基础上开发出电渣冶金技术。
一九五八年,乌克兰德聂泊尔特钢厂建成了世界第一台0.5t工业电渣炉,使电渣冶金进入了工业化生产进程。
进入六十年代,出于航空航天及军备竞赛的需要,苏联对电渣冶金开展了大量的研究工作,并曾一度把发展电渣冶金作为苏联的第二党纲,极大地推动了电渣冶金的发展。
而美国和西欧的一些国家,在真空电弧重熔与电渣金熔经历了七年激烈竞争后确认,电渣重熔不仅设备简单,易于操作,成本较低,在质量方面,除去气不及真空电弧重熔外,结晶组织、钢锭表面、脱硫及去除夹杂物的能力均优于真空电弧重熔。
因此,很多航空材料转向由电渣重熔设备生产。
一些生产真空冶金设备的专业厂家如美国的Consarc公司,西德的Loybold-Hereaus公司及奥地利的BohClr公司等,也都转向生产电渣炉。
由于很多国家都致力于发展电渣冶金,六、七十年代是电渣冶金飞跃发展的年代。
多年来,国外电渣冶金已不满足于一般电渣锭的生产,在工业技术成熟的基础上向着更深更广的领域发展,形成了一个跨专业、跨行业的新学科。
已开发出的工艺技术有:电渣熔铸、电渣浇注、电渣转注、电渣热封顶、电渣离心浇注、电渣复合熔铸及快速电渣重熔等。
电渣冶金的发展历程、现状及趋势
模型 、物质传 递模 型 （ 力学模 型 、 热 薄膜及渗透
理论 为基 础 的新传 质模 型 ） 热塑 性模 型． 和 Ａ Ｍｔｈｌ和 Ｆ ＳＳ ａｃ 等 人成 功地把 热传 ． ｉｃｅｌ ．． ｕｒｚ ｔ 递 模 型与现代 凝 固理论 结合 起来 ，用热 传递 模 型
（ ． ． ａＯ 电焊研究所推广了电渣熔铸异形铸 ＥＯ Ｈ Ｔ ） 件 Ｅ Ｃ和 双 极 串 联 电渣 焊 Ｅ ＷＢ 两 项 新 技 术 ， Ｓ Ｓ 中国、 日 、美国、西德、加拿大相继在电渣熔 本 铸上有突破．电渣技术从焊接领域扩大到冶金领 域 ，再扩大到铸造行业 ．
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关键词 ：电渣冶金 ；现状 ；趋 势
中图分类号 ：Ｔ ４ Ｆ１ １ 文献标 识码 ： 文章编号 ：１７ － ２ （０ １ Ｓ —０ １ ７ ６ １６ ０ ２ １ ） １００ － ６ ０
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｏ ｅ ｓ，ｃ ｒ ｅ ｔｓｔ ａ ｉ ｎ ａ ｖ ｌｐ ｎｔｐｒ ｃ ｓ ｕ ｒ ｎ ｉｕ ｔｏ ｎｄ
１． ５３万 ｔ ， ／ 以后 ， ａ ６ Ｏ年代钛合金市场萧条 ， 当 相
一
块引起铸锭成分不均等而未获推广． 霍普金斯作
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电渣冶金的发展历程 现状及趋势
二、电渣冶金的现状
然而，尽管电渣冶金技术具有许多优点，但在实际应用中也存在一些问题。 例如，电渣冶金技术的能源消耗较大，生产成本较高；同时，对电极的消耗较大， 需要频繁更换电极，这也会增加生产成本。因此，在未来的发展中，如何降低电 渣冶金技术的能源消耗和电极消耗，提高生产效率，将是研究的重点。
三、电渣冶金的发展趋势
二、电渣冶金的发展历程
二、电渣冶金的发展历程
电渣冶金技术起源于20世纪50年代，最初是为了解决当时苏联的钢铁短缺问 题。经过几十年的发展，电渣冶金技术不断完善，应用领域也不断扩大。目前， 电渣冶金技术已经广泛应用于有色金属、钢铁、稀有金属等领域。特别是在有色 金属和稀有金属的提取和提纯方面，电渣冶金技术已经成为一种重要的生产方法。
2、挑战：尽管电渣冶金技术在 未来具有广阔的发展前景，但也 面临着一些挑战
2、挑战：尽管电渣冶金技术在未来具有广阔的发展前景，但也面临 着一些挑战
综上所述，电渣冶金是一种高效、环保的金属冶炼技术，在未来具有广阔的 发展前景。但是要实现其可持续发展，需要解决一些发展过程中的问题和挑战。 相信在科技的不断进步和社会的不断发展下，电渣冶金技术将会得到更广泛的应 用和推广。
参考内容二
内容摘要
电渣冶金是一种高效、环保的金属冶炼技术，由于其具有高金属提取率、低 成本、环保性能好等特点，近年来在全球范围内得到了广泛和应用。本次演示将 介绍电渣冶金的基本原理、发展历程以及在实践中的应用，并阐述其未来的发展 趋势和挑战。
一、电渣冶金的基本原理
一、电渣冶金的基本原理
电渣冶金是一种利用电渣熔融技术进行金属提取和精炼的方法。在电渣冶金 过程中，电极熔融反应是关键环节。在直流电的作用下，电极逐渐熔化，同时渣 料被加热和熔融，熔融的渣料与未熔渣料和电极之间发生复杂的物理化学反应， 最终形成金属熔池。金属熔池中的金属液在重力作用下流入收集器，从而实现金 属的提取和提纯。
电渣重熔冶炼技术
电渣重熔冶炼技术
1 引言
电渣重熔冶炼技术是熔化废旧金属的一种方法，能够有效地回收金属资源，减轻资源的消耗和环境污染。
本文将从技术原理、设备结构、优点和发展趋势等方面介绍该技术。
2 技术原理
电渣重熔冶炼技术是通过电极向熔体中通入一定的电流和电压，使废旧金属在高温下熔化。
同时，添加一定量的草酸盐或碳化物，将金属污染物转化为易于脱除的渣滓。
熔融时，废旧金属中的杂质被转化为渣滓，可通过重力作用自然分层，而金属熔体则通过不同的喷吐器进行分离。
3 设备结构
电渣重熔冶炼设备主要由炉爐鼓风系统、电极导电系统、草酸盐或碳化物投加系统、喷吐与收渣系统等部分组成。
其中，炉爐主要由铁墙、保温层和炉底构成，电极通常采用水冷型，以防止焦化。
而草酸盐或碳化物的加入量和时间、喷吐器的数量和位置、加热方式等参数会影响电渣重熔冶炼的效果和质量。
4 优点
电渣重熔冶炼技术的主要优点是可以高效、环保地回收废旧金属，减少对地球资源的消耗和环境的污染。
此外，该技术还可以生产高纯
度的金属材料，广泛应用于工业生产。
5 发展趋势
电渣重熔冶炼技术已经成为国际铸造行业中广泛使用的一种高效、环保的回收技术。
未来，随着金属回收利用的重要性不断提升，电渣
重熔冶炼技术将在材料回收领域中扮演更为重要的角色。
同时，技术
革新和设备升级还将进一步提高电渣重熔冶炼技术的效率和质量。
6 结论
无论是从环保角度，还是从资源利用率的角度来看，电渣重熔冶
炼技术都是一种十分重要的回收技术。
未来，我们应该进一步加强对
该技术的研究和探索，为推动环境保护和可持续发展做出贡献。
电渣冶金的回顾与展望
电渣冶金的回顾与展望李正邦摘要制备超纯优质金属材料的精细冶金不断地向前发展，近期电渣冶金的进展令人瞩目。
高压电渣重熔(PESR)，真空电渣重熔(VarESR)使重熔金属质量达到高纯水平。
电渣热封顶(ESHT)生产巨型钢锭具有技术与经济上的潜在优势。
关键词精细冶金电渣冶金高压电渣重熔真空电渣重熔电渣热封顶前苏联电渣重熔工业化起步较早，1958年乌克兰扎波洛什市德聂伯尔建立［1］了电渣重熔车间，拥有0.5 t P909型电渣炉4台，美国费尔思斯特林公司(FirthSterling)于1959年建立了3.6 t工业电渣炉，而在工业上全面推广直至1965年才开始［2］。
我国于1958年在电渣焊的基础上掌握电渣重熔技术，于1960年在重庆特殊钢厂及大冶钢厂建立电渣重熔车间［3］。
从世界范畴论，电渣重熔工业生产已经历了41个春秋(1958～1999年)。
电渣重熔属于冶金专业，特种熔炼学科。
电渣技术的发展，派生出许多专业分支。
电渣冶金包括：电渣重熔、电渣熔铸、电渣转注、电渣浇注、电渣离心浇铸、电渣热封顶、电渣焊接、电渣表面镀膜等。
1电渣冶金的历程1.1缓慢发展的25年(1940～1965年)［2］美国R.K.Hopkins首先于1940年获得电渣直接熔炼专利，早年Kellogg公司用于生产高速钢及高温合金(Fe-16Cr-25Ni-6Mo)，直到 1959年Firth-Sterling公司建立3台3.6t电渣炉进行电渣重熔，美国电渣技术才定型。
1965年Firth-Sterling公司破产，被Vasco公司及Allvas公司兼并，该技术才逐渐公诸众。
50年代由于钛合金需要一度增长，到1965年美国真空电弧重熔能力达15.3万t/年，60年代钛合金市场萧条，相当一部分真空电弧重熔炉转为生产超级合金及优质合金钢。
同时理论研究落后，Hopkings及其同事认为电渣过程是“埋弧放电”。
1.2飞跃发展的10年(1965～1975)［4］1959～1965年在美国和西欧电渣重熔与真空电弧重熔之间展开了强烈的技术竞争，时间持续7年之久。
电渣重熔技术和产品质量控制
历史的回顾
Borys E. Paton院士
Borys I. Medovar院士
29/03/1916-19/03/2000
历史的回顾
B.E. Paton, B.I. Medovar, 1952: first ESR ingot at PWI
历史的回顾
1953年前苏联Г. З. Вопошкевич 在电弧焊焊纵缝过程中发现电弧熄灭，其过程 稳定，焊缝质量优异，由此发现了电渣焊。 1953年后经巴顿电焊研究院历时五年的开发研 究，于1958年5月在米多瓦尔（Б. И. Медовар）院士的领导下，在乌克兰扎 波洛什市德聂泊尔特钢公司建成0.5吨P909型 电渣炉4台，前苏联电渣冶金工业拉开了序 幕。
历史的回顾
（1）产量呈抛物线增长： 年份 1960 1965 1969 1973 1988 2008 产量/万t 3 29 48 80 120 200 （2）锭重呈几何级数增长： 年份 1960 1965 1970 1988 2008 锭重/t 12 30 80 165 204 （3）产品扩大。生产的优质钢及超级合金到1985年近300个 牌号，开始用于生产有色金属（Al、Cu、Ti合金）及贵金 属（Ag合金）
历史的回顾
1959年衡阳冶金机械厂生产了100kg高速钢电渣铸锭， 还采用电渣重熔回收一批废旧高速钢刀具，成果于 1959年10发表在《焊接》杂志建国10周年特刊上，这 一成果受到国内冶金界关注。同期在衡阳冶金机械厂 还试验成功了电渣冒口热封顶。 1959年11月北京钢铁学院朱觉教授率电冶金师生与作 者所在的冶金建筑研究院电渣实验室合作，采用电渣 重熔法研制成功了航空轴承钢。1960年5月冶金部召开 了推广会，朱觉主持会议，李正邦、傅杰等做技术报 告。
第二代电渣冶金工艺研究
第１ ０卷 增 刊
２ １ 年 ３月 ０１
材
料
与 冶
金
学
报
Ｖｏ ＿ ０ Ｓ ｌ１ １
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第 二 代 电渣 冶 金 工 艺 研 究
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姜周华教授——电渣冶金的最新进展与发展展望2014-姜周华资料
ESR
ESR TC
7
3
熔池形状变成浅平，凝固方向趋于轴向，有利于减少凝固偏析、缩松 和缩孔等凝固缺陷，特别适合于高温合金等易偏析品种的生产
双电源回路＋导电结晶器
双电源＋导电结晶 器新电渣工艺：
内部质量和表面质量的 统一！
A-传统电渣炉； B-导电结晶器（45.7%的结晶器电流） 120吨电渣锭Ф1800mm金属熔池形状的对比（模拟结果）
断裂韧性、缺口敏感 性
低周波疲劳指标
2.2 特厚板坯电渣重熔技术
低频电 源控制
干燥空 气保护
特厚板坯电渣 重熔技术特点
电极称量与 熔化速度 精确控制
结晶器移 动式抽锭
双极串 联重熔
板坯电渣炉车间（3台40－50吨）
生产过程
40吨尺寸为950×2000×2800mm
前景展望
1、历史的回顾
Borys E. Paton院士
Borys I. Medovar院士
29/03/1916-19/03/2000
第一个电渣锭诞生——距今62周年
B.E. Paton, B.I. Medovar, 1952: first ESR ingot at PWI
1952年乌克兰巴顿电焊研究所巴顿和米多瓦尔院士在实验室 试制了第一个不锈钢电渣锭
900mm/500mm，P91厚壁管（长度3.5m）
2.4 节能型电渣炉及技术
提高电效率的措施
优化短网设计，降低短网损失 平行布置：双极串联 同轴导电 低频供电 减少涡流损失 确定合理的工作点：输入渣池功率最大化（提高渣池
电压，降低重熔电流）
电渣炉短网布置
电渣炉电气原理图
A-传统电渣炉； B-导电结晶器（45.7%的结晶器电流）