电渣重熔技术

Vol. Nov. 53 No. 11 2004 量 铸 造FOUNDRY 电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展 李正邦 (钢铁研究总院，北京 100081) 摘要:中国电渣冶金起步于1958年，至今所有特殊钢厂均建有电渣冶金车间，拥有工业电渣炉86台，年生产能力 10万吨。产品包括优质合金钢与超级合金243个牌号。中国冶金工作者在电渣炉型结构、电渣重熔 (ESR)工艺、电 渣熔铸 (ESRC)异型铸件、制备大钢锭及电渣重熔机理方面取得重大成就，成果得到国外同行认可。 关键词:电渣冶金、电渣重熔、电渣熔铸 中图分类号:TF141 文献标识码:A 文章编号:1001-4977 (2004) 11-0855-07 Development of Electroslag Metallurgy and Remelting Casting in China LI Zheng-bang (Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081，China) Abstract: The electroslag metallurgy has been developed since 1958.At present, all special steel plants have constructed electroslag metallurgical workshops. There are 86 electroslag remelting fur- naces in these steel plants with annual capacity of 100, 000 tons. The products by ESR include 243 des- ignations of steel and superalloy. The Chinese metallurgists have made significant achievements in the type and structure of electroslag remelting furnaces, Electroslag Remelting(ESR) technology, shaped castings by Electroslag Remelting Casting (ESRC)，the manufacture of large-size ingots by ESR and the study of ESR mechanism. These achievements have already been recognized by foreign metallurgist. Keywords: electroslag metallurgy; electroslag remelting;electroslag remelting casting 电渣冶金发展史可追溯到美国霍普金斯 (R. K. Hopkins)于1940年提出的“凯洛电铸锭”专利 (美 国专利号:No. 2191470)，但由于独家封闭性生产， 技术落后，成分不均匀，一直未获推广(') 0 1958年 德聂泊尔特钢厂P909型工业电渣炉 (it)投产并建 车间[(2)。欧美各国发展电渣冶金先后均引进前苏联 巴顿电焊研究院的技术。 世界上独立发展电渣冶金技术仅有中国和英国。 1965年英国设菲尔德一布朗公司，将一台7吨真空 电弧重熔炉改为电渣重熔炉，英国电渣冶金从此揭开 序幕(3)。我国冶金工作者在电渣焊的基础上开发出 电渣重熔技术，于1958年12月9日炼成合金工具钢 和高速钢锭，我国电渣冶金从此诞生(4)。目前我国 所有特殊钢厂都建立了电渣重熔车间，拥有工业电渣 炉86台，年生产能力10万吨，小型电渣炉星罗棋 布，产量近3万吨/年。我国电渣冶金技术领先，产 量在世界上名列前茅[(s)0 电用可控硅变频电源0一lOHZ,短网感抗cos }o二 0.98, 1971年建成以来生产正常，炉子负荷饱满， 缺点是变频设备庞大昂贵，且元件老化快(6)0 上海重型机器厂与北京钢铁学院合作，于1981 年建成早00‘级二相双极串联电渣炉，见图1, 1982 年经国家鉴定后，即为泰山30万KW核电站提供了 124件毛坯。 1 中国电渣冶金的重大成就 1.1 200t级电渣炉 世界各国都致力于电渣重熔生产重量大于loot 的大锭，最成功的是德国Loybold-Hereaus公司为萨 尔钢厂 (Searsthl Gmbh)建的FB45/ 165 G炉子，供 1.变压器 2.自耗电极 3.排气装置 4.保护罩 5。工作台 6.渣池 7.金属熔池 8.支撑架 9.结晶器 10.电渣锭 11.引锭板 12.水冷底板 13.钳把 14.平车 15.丝杆 16.支承台 17.立柱 18.传动装置 图1 200t电渣炉重熔示意图 Fig. 1 Schematic diagram of 200t ESR fumace 收稿日期:2004-08-03收到初稿。 作者简介:李正邦 (1933一).男.江苏南京人.教授.博士生导师.中国工程院院士.钢铁冶金专家.长期从事电渣冶金方面的研究与开发。 万方数据 ·856 ·Nov. 2004 FOUNDRY Vol. 53 No. 11 炉子由三根立柱呈等边三角形布置，每根立柱上 有可上下移动、左右旋转的支臂，其端头夹持电极， 夹持双极呈串联 (Bifilar)回路，重熔6根自耗电极 分别有三个5200KVA单相变压器供电，变压器二次 抽零、三根抽零线同接引锭板，6根。500mm的自 耗电极同插入一个 (P 2800mm结晶器，液渣引弧， 通电后即可重熔;采用抽锭装置，可用短结晶器抽长 锭，重熔过程三个旋转支臂可轮流更换电极，这种电 渣炉的三个变压器接三相电网，有利于电网平衡，双 极串联可以降低回路感抗，提高设备功率因素，短网 感抗cosy =0.87--0.96，因双极串联两极间渣池有 效电阻Rs增大，从而提高电效率IE二RS/(Rs + 习 r ),(习:为短网电阻之总和)。设两路供电电 网，防止长时间重熔断电，水路有两路水源，有深水 井可控制夏天进水温度不大于25`C，并有磁化水处 理装置，有抽风排烟除尘系统及烟气净化处理设备。 无疑是一台设计精巧、功能齐备、动作灵活的电渣 炉，在世界上实属罕见((7,8) 0 22年来上海重型机器厂 摸索出一套成熟工艺，在工艺上的创新如下。 1.1.1低氢控制〔8-10) 200t电渣炉熔炼空气与熔渣界面积达5时，上海 地区空气湿度偏高 (最高达30g姚O/m3 )，要防止重 熔过程中钢液吸氢，采取的有效措施为:自耗电极冶 炼用RH炉精炼，A12几粉焙烧去Al (OH) 3，结晶器 热水启动，用石墨电极在结晶器内造渣，通干燥空气 保护，渣中适度加入Si02，降低 (O-2)的活度等。 1.1.2凝固控制〔，〕 / 熔炼开始时增大功率，熔速高达5t/h，加强冷 却，重熔过程熔速递减保持熔池深度(1/2铸锭直 径，铸锭中心二次枝晶仅2mm，超声探伤45 1.1mm 未发现缺陷。 1.1.3低铝控制(10.11) 汽轮机转子要求含Al<0.01 %。电渣重熔过程 中渣一钢界面铝的浓度梯度大，易增Al，上重厂原 采用60Ca几-20Ca0-20A12几，通过渣成分调整，渣 氧化性适度，选择脱氧剂及采用相应脱氧技术并控制 自耗电极残铝量，使生产的300MW和600MW转子 钢重熔锭的A1含量在0.005% -0.007%之间。 采用了上述技术，1989年试制600MW核电站 模拟件，材料的均匀性与纯净度极高，AC=士 0.01%, 0 = 10ppm, S = 5ppm, H < lppm，达到国 际先进水平。上海重型机器厂电渣钢与国外电炉真空 铸锭钢性能比较见表to 1·2电渣熔铸f..,, 1969年9月在美国匹兹堡召开的第二届国际会 议上，前苏联巴顿电焊研究院及美国卡内基一梅隆研 究所首次发布电渣熔铸消息，并展示照片。 表1我国200t电渣钢与国外电弧炉真空铸锭钢性能比较 Table 1 Performance comparison between 200t steel by ESR in China and steel by vacuum EAF 类别 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 要求 我国200t级 电渣炉钢 国外电炉钢 (真空浇注)? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? 。、/(kg"mm2) S(%) 45(%) 20`C 350℃ 20'C 3501C 20℃ 20t 20℃ 一10't -20'C -30r- )56 o,/(kg"mm') >35 >18 >50 >8.2 >5.2 .3,27.5 73.0,8.2 15.8,16.2,15.4 /(kg-M- CM-2) 37.2,35 28.2,25 24.7,27 28.2,25 2,35.2 4,33.6 8,37.2 NDT/'C 一10't .2,19.9 -40 我国冶金工作者从电渣重熔金属的纯净、组织致 密、成分及结构均匀和铸锭表面光洁受到启示，早在 1966年就对铸态电渣锭进行热处理与性能测试，得 到肯定的结论。1967年就掌握了电渣熔铸变断面铸 件工艺，如输入功率随断面变化及金属铸件收缩引起 铸件与底板分离等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。1968年开始熔铸炮管及潜 望镜管，1969年在苏美炫耀技术的时候，我国钢铁 研究总院与大冶钢厂合作熔铸的122榴弹炮管已在白 域靶场试炮，潜望镜已装艇使用，为此，该技术在 1978年全国科技大会上获奖。电渣熔铸产品不胜枚 举，现以航空发动机涡轮盘为例(tz. }s)0 涡轮盘是喷气式发动机的心脏，因在高温、高速、 高负荷和气流冲击的恶劣条件下工作，对材质与性能 的要求十分苛刻。前苏联生产的涡喷八发动机涡轮盘 是用32000t水压机锻压而成，锻压设备庞大，金属消 耗大，生产周期长，成本昂贵，而且锻造盘往往出现 点状偏析和局部未锻造等缺陷。为了克服这些缺陷， 特别是从当时发展战略考虑，钢铁研究总院、上钢五 厂和大冶钢厂承担了电渣熔铸涡轮盘的熔铸工艺研究。 图2 电渣熔铸涡轮盘立式 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 Fig. 2 Vertical electroslag remelting casting of turbine disc 电渣熔铸饼材及齿轮毛坯一贯采用卧式熔铸方 案，铸件厚度方向即电极移动的垂直方向，其特点是 设备简单，操作容易。但卧式电渣熔铸件最薄弱的面 即柱状晶交界面，恰是涡轮盘工作时受离心力最大的 万方数据 铸造 李正邦:电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展 工作面。针对这个问题，我们提出了立式电渣熔铸方 案，这样可以使柱状晶交界面沿中心线，垂直于铸件 厚度方向，避开涡轮盘受力方向，见图20 电渣熔铸涡轮盘纵剖面组织呈倒V字形，枝晶 方向与铸件中心线呈33-40℃的夹角，完全满足设 计要求。对两种熔铸工艺的试样进行650℃下大应力 低频疲劳试验，平行于结晶方向试样的疲劳寿命是垂 直试样方向的3-4倍，是厚度方向的8--9倍，验证 了立式熔铸方案的合理性。 1.3 电渣重熔去夹杂机理的研究 电渣重熔能够净化金属，显著地去除非金属夹杂物 是公认的事实，仁ix寸其机理各国研究者持有不同的观点。 电渣重熔过程分三个阶段:(1)在自耗电极端头金 属熔化汇聚成滴;(2)金属液滴脱离电极下落，穿过渣 池;(3)下落液滴在铸锭上端形成金属熔池。见图30 前苏联B .1.1. Me aOBap在1970年出版的 (电渣 重熔)一书中，引用了以上的数据和论点，但认为金 属液滴置取后可能未完全析出新生夹杂物，结果可能 不够精确(25)0 为此，李正邦等又置取端头、熔滴与熔池金属立 即进行退火缓冷，保证夹杂物充分析出((26)。用更为灵 敏的放射性同位素Zr" 02作指示剂测定电渣重熔钢中 夹杂物去向及各阶段提纯效果。由图4可见重熔过程 随时间延续，渣中放射性强度增加，可见夹杂物去向 是被炉渣吸收。由图5各阶段放射性强度变化测得夹 杂物Zr95q的总去除率为86%，在端头熔滴形成过程 去除53%，在熔滴滴落过程再去夹杂28%，金属熔池 仅去除夹杂物5%，可见，电渣重熔过程熔滴形成阶 段去除的Zr 502约占总去除量的2/3。调节重熔电规 范可获得不同熔速和不同电极熔化锥头面积，由表2, 图6可见，随锥头面积增大，重熔提纯净化效果增强。 .了 73 、 8一 _ 一 ，， ‘。『 一 . ~碑歹， .一. ， 二 .， _ ~子， .~ ， 以 _ ， 一 奋尸 .尹 丘 产 _。产 fi6- ，/悦.，犷 二。- -X丁‘’- " 4ax一 /‘- 忿' 3一 2二 粗 儿 + 21二/ 0 .一-J巨-~‘~-J‘es，占， 0 2 4 6 8 10 1214 16 18 20 时问/min 图4 渣中放射性强度随时间变化关系 Fig. 4 Variation of radioactivity intensity in slag with sampling time ?? ??? ?? ? ????、? ? ??? 0 E D P E一母电级 D-端头熔滴 P一金属熔池 I一铸锭 图5 电渣重熔各阶段中放射强度变化 Fig. 5 Variation of specific radioactivity intensity during remelting stage 表2 电极锥头面积对夹杂物的影响 Table 2 Influence of surface area of conical tip on inclusions 重熔电 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 电流/A 电压/V 熔化速度 /(kg'min') 电极锥头表 面积/mm 2 氧化物夹杂金相评级 炉数 试样数 平均评点 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ， ? ?、? ?? ?? ? ? ? ，? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ??? ?? ???… … ? ??? ，? ? ??? ? 1.自耗电极 2.结晶器 3.渣池 4.电极末端 5.金属熔滴 6.金属熔池 7.铸锭 8.接电源 图3 电渣重熔示意图 Fig. 3 Schematic of etectroslag remelting process 苏联10. B. JIaTalU(14)和日本真殿统〔15〕认为，电 渣重熔去除夹杂物的主要原因是夹杂物自金属熔池浮 升进入渣池，他们引用Stokes公式加以 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 ，主张 减慢重熔速度以保证质量。这一观点被美国 G. K. Bhat(16〕和英国G. Hoyle(17〕加以引用。另外，苏 联h4. A. I'apeBCKHfI(18〕和德国W. Riching(19〕等认为 电渣去除夹杂作用主要发生在熔滴穿过渣池阶段，主 张细化熔滴。西德T. El. Gammal(20)、日本长谷川正 义((21〕甚至研究以电流变频细化熔滴。我国电渣研究 工作者李正邦、傅杰于1961年同时指出电渣重熔过 程中氧化物夹杂的去除不是由于在金属熔池内的浮 升，而是由于熔渣对夹杂物的吸收和溶解。李正邦首 先发现电渣重熔去除非金属夹杂物主要发生在电极熔 化末端熔滴形成阶段[(22-24)，并以金相法统计电极末 端熔化区，以及铸锭中夹杂物面积及单位面积夹杂物 个数为基础得出结论。随后，傅杰截取出重熔过程中 的不同部位及尺寸的金属熔滴，进一步提出电渣重熔 钢中的原始夹杂物在熔滴阶段已基本去除和溶解。重 熔钢中的夹杂物主要是钢中溶解的氧与钢中元素反 应，形成的新生夹杂物，因此，防止金属氧化和改善 结晶条件，对重熔金属纯洁度起决定性作用。 3000 50 3500 55 45 3000 45 45 7650 7500 9640 10640 11650 12900 1.705 14820 万方数据 ·858 ·Nov. 2004 FOUNDR丫 Vol. 53 No. 11 ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ?、??? ? ??? ? ? ? ? ? 8 10 12 14 电极锥头表tfifflvx 10'mm' 图6 电极锥头表面积对提纯去除夹杂物的影响 Fig. 6 Influence of the susface area of the conical tip on the average class of oxide inclusions 李正邦通过热力学计算证实钢中夹杂物被炉渣吸 附是自发过程(27.28)0 1.4 炉型结构 1.4.1 双电极支臂连续抽锭电渣炉 1960年李正邦等设计了双电极支臂连续抽锭电 渣炉(29)，在重庆特殊钢公司建立三台大的组成车间， 见图7。这种设备的优点是立柱较低，不要求高厂 房，可使用较短的自耗电极，结晶器短。重熔前后可 用石墨电极在结晶器内造液渣，更换不同尺寸电极熔 铸变断面异形铸件，可以连续抽空心锭及管坯。设备 配有渣位检测、抽锭液位显示、二次冷却等，这些均 属创新。60年代初，北京设计院与钢铁研究总院共 同进行了修改原设计，为冶金部定型，国内有这类炉 子27台。1982年在东京召开的第七届国际真空冶金 会议上，这种类型的炉子受到国际重视，国外厂商纷 纷欲引进技术和设备。 渣炉和三相有衬电渣炉，北京市有关部门在该厂召开 了现场会议。随后1960年朱觉、傅杰、屠宝洪等为 北京带钢厂设计了300kg单相双极有衬电渣炉，为北 京钢丝厂设计了150kg三相有衬电渣炉，生产了合金 工具钢、高速工具钢、不锈耐酸钢、弹簧钢及电热合 金。这种设备最大优点是设备简单，易于操作;所获 钢水可浇注铸锭或自耗电极，易于合金化，铁合金不 需破碎即可直接加入，由于有渣池保护，合金收得率 高，V收得率达95 %, Ti收得率达95%，甚至熔炼 电热合金OCr25A15时Al的收得率高达%%，由于有 电渣过程提纯净化作用，钢水较纯净，W18Cr4V钢 1963一1964年平均值的硫化物评级(1.5级，氧化物 镇1级，在热补前提下，炉衬寿命达960炉次，电耗 600---700KWh八低于中频感应炉。 北京钢丝厂将有衬电渣炉容量扩建到1吨，见图 8，用于电极与电渣重熔双联生产OCr25A15电热丝， 已连续生产37年。抚顺钢厂建立了三吨三相电渣炉 回收高温合金。曾乐、李正邦用电渣凝壳炉炼成超低 碳不锈钢焊条用材料。 我国处于国际有衬电渣炉的领先地位，国外同行 多次要求合作或要求引进技术，三相有衬电渣熔炼技 术已出口美国、马来西亚等国。 1.导向柱 2.悬臂装置 3.齿轮传动 4.自耗电极固定 5.自耗电极组 6.铜模 7.空心锭 8.抽锭装置 图7 双臂交替连续抽锭电渣炉 Fig. 7 Continuously-striping ESR furnace with alternately-moving double arms 1.4.2 有衬电渣炉 前苏联于1980年报导电渣炉熔炼[(30)、于1988 年出版“有衬电渣炉”(31〕专著，其实早在1966年前 我国已率先开发出有衬电渣炉。1960年初，江西地 区最早实验有衬电渣炉，因炉衬寿命低而终止。1961 年傅杰等在北京量具刃具厂试验成功单相双极有衬电 图8 三相有衬电渣炉 Fig. 8 Three-phase electroslag lined furnace 1.4.3 新炉型的探索 北京科技大学陈崇禧研究成功半有衬优质节能电 渣炉，节能效果显著。研究成功 “低能耗水冷结晶器 旋转电渣炉”，不仅节能而且细化晶粒，1996年获得 国家发明四等奖[(32)0 杨海森、李正邦研究成功的 “交直流电源串联电 渣炉”获国家专利(33)，将交、直流电叠加在一根电 极上，不干挠、不短路，既充分利用交流电毛细效应 与强烈搅拌效应，又可以利用直流电化学效应对渣中 氧化物的电解。如在渣中加入Mg凡10%进行实验， GH-136合金含 〔Mg) 40一60ppm，达到微合金化效 果。见图9, A, B为两种方案。 北京钢铁学院苗治民、黄务涤、傅杰等发明感应 电渣炉，傅杰、徐卫国发明感应电渣离心浇注技术， 均获国家发明专利。 万方数据 铸造 李正邦:电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展 ·859 A下曝· 图9 交、直流电源串联电渣炉原理图 Fig. 9 Schematic series circuit of ESR furnace with AC and DC power supply 1.5 工艺与品种质量 1.5.1 轴承银 大冶钢厂与钢铁研究总院合作生产轴承钢，自耗 电极冶炼用C-Si与Fe-Si，代替Al脱氧，采用酸性渣 (55CaF2-25SiOZ-A1203-1OCaO)代替传统的ANF6渣 (70CaF2-30Al203)进行电渣重熔，不仅纯净度提高， 而且钢中刚玉型夹杂物 (A1203及。O-A1203)变为塑 性夹杂物，疲劳寿命大幅度提高[(36)，见表3、表40 自我国火车提速以来，重轨、轮壳及弹簧损坏严 重，形成紧迫形势，而惟独电渣重熔渗碳轴承钢未出 现间题。大冶钢厂、齐齐哈尔钢厂、西宁钢厂的生产 严格按规程执行，提高产品质量的稳定性与再现性。 日本NTN轴承株式会社测定了我国各厂电渣重熔轴 承钢的疲劳寿命，测定结果均超过日本NTN轴承株 式会社用VAD精炼的轴承钢，见表50 1.5.2 高速钢 钢铁研究总院与重庆特钢厂合作，对于大断面不 锈钢 ( 0 150mm -- 0 250mm)进行了电渣重熔试 验，在熔炼过程中加入孕育剂生核、细化晶粒、减小 莱氏体网距。由表6可见，加Ti-B效果最佳，因为 Ti形成TiC，对体心立方晶格的铁是很好的还原剂， 而硼使晶粒长大、增加形核速度(37)0 在研制过程中曾一度出现点状偏析，经多次试验 分析得出结论是CO气孔中吸入选分结晶后形成溶质 富集的钢液，以及杂乱磁场搅拌而形成。采取措施 后，问题迎刃而解，使国产电渣重熔高速钢达到国际 名牌奥地利Lsodics的水平，变高速钢刀具的进口为 出口，年创汇3600万美元。 表3 渣、脱复剂和夹杂物类型对轴承钢疲劳寿命的影响 Table 3 Effects of slags and deoxidants contents and inclusion types on fatigue life of bearing steel 脱氧剂 疲劳寿命 维泊尔斜度 渣体系 开始 以后 重熔钢夹杂物浓 度质量含量 (%) 重熔钢的夹杂物类型 1-io(X 106) 70CaF2-30A12()3 45CaF2-20Si(h-15Al203-15Ca(15M彭) 55CaF2-25SiO2-10A1203-lOCaO 0.0040 A1203, CaO-A1203 17.16 Ca-Si Ca-Si 0.00044 3A12(}-ZSi02, CaO-Si(h, MnS Ca-Si Ca-Si 0.00045 3A1203-2SiO2, MnS 20.45 39.92 1.62 2.18 表4 各种方法熔炼的轴 Table 4 Service life bearing steel by I承钢的寿命 various smelting methods 俄罗斯数据 洛阳轴承厂 熔炼方法 最低寿命/h 相对比 J快速寿命/h 相对比 电弧炉 电渣重溶传统工艺，ANF-6渣 电渣重溶新工艺.酸性渣 251 842 1 3.35 117.25 333.87 428.64 表5 日本NTN轴承株式会社转动疲劳寿命试验 Table 5 Experimental results of rotating fatigue life at NTN Bearing Society in Japan 疲劳寿命 试样来源 试片数 L io(x 104) L5o(x 104) 韦布尔斜率 (角) ? ?， ? ? ， ? ， ? ? ， ? 日本NTN VAD 大冶钢厂ESR 齐齐哈尔钢厂ESR 北京特钢厂ESR 1600 3866 780 11600 22080 11000 27000 2.27 (66.2) 2.0 (63.4) 1.57 (57.5) 万方数据 ·860 ·Nov. 2004 Vol. 53 No. 11 表‘ 变质处理试验结果 Table 6 Results of the inoculation experiment 序号 变质剂 浓度 (%) 碳化物厚度/Km 边缘 1/2半径 中心 边缘 D L /ppm 1/2半径 中心 S,. ` 101 0 5.68 5.05 7.14 77.37 81.6 87.92 5.31 0.10 6.41 64.66 57.03 62.56 3.85 0.005 6.39 6.62 8.84 57.56 57.85 58.59 0.53 0.46 Ce = 0.0032 La= 0.0004 4.79 4.44 4.42 55.17 61.74 66.59 5.73 6.14 7.26 7.46 68.13 61.08 62.17 3.80????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????? Ti-Ce Ti=0.0826 Ce<0.005 5.58 Ti-B Ti二0.10 Bi= 0.11 6.00 6.17 5.58 64.12 62.04 67.87 2.95 5.05 8.56 48.89 48.33 49.32 0.50 ， ? ，? ? ?? ? ?? ?，? ? ?? ?? ? ? ? ? ??? ， ? ??? ， ? ??? ??? SL:莱氏体粒度标准偏差 1.5.3 高温合金 现代航空、航天用的高温合金，照例采用二次重 熔，从80年代开始，西方国家应用电渣重熔工艺， 许多间题在发展中得以解决。 难题之一是GH-132和GH-136高钦低铝合金在 电渣重熔过程中钦的烧损。为解决此难题，北京钢铁 学院、抚顺钢厂、钢铁研究总院、本溪钢厂、西宁钢 厂组成联合攻关组，攻关三年后得出结论[(38) - GH- 132和GH-136电渣重熔过程中Ti02较高，TiO2是 钦烧损的主要氧化剂，与合金中的钦相平衡的低价钦 氧化物主要是Ti203，决定烧损速度的主要因素Ti4 + 在钢一渣界面层的传质速度。传质速度随渣中的T102 增加而增加。降低Ti”十向渣一气界面扩散速度是减少 钦烧损的关键，测定了Ca凡-A1203-TIO:渣系中Ti + 在电极一熔渣界面和金属熔池一熔渣界面在1700 1 10`C 的传质系数与渣中Tiq的关系，最终确定的渣系是 79CaF2-7A1203-9MgO-5TiO2，成功地解决Ti的烧损。 与此同时，根据对渣池温度分布的研究指出，当底水 箱对结晶器绝缘时，渣面温度低，可防止钦烧损，制 定了相应的工艺制度[(39)0 GH-36合金是时效沉淀硬化型铁基变形高温合 金，650℃条件下存在缺口敏感性，持久缺口寿命偏 低，这说明GH-36合金晶内强度和晶界强度不匹配， 为此，北京钢铁学院与齐齐哈尔钢厂进行了无缺口敏 感性的GH-36的研究，发明了 “一种含铝镁的GH- 36改型合金”，并成功地解决了电渣重熔过程中Mg 的控制问题;钢铁研究院与长钢三分厂合作在GH-36 中适量加人Mg以改善晶界，细化弥散碳化物，达到 晶界强度与晶内强度匹配，以提高合金缺口持久寿 命;采用CaF2-CaO-MgO-A1203渣系，保持碱度B) 3.5%，重熔过程中采用输入功率递减，渣池温度恒 定工艺，保证合金锭上下含Mg均匀，Mg收得率达 56.68%，上下成分差△( Mg) = 0. 0007 (40)。该Z 艺技术通过了冶金部、航天工业部、总装备部三部联 合鉴定。在各单位共同努力下，圆满地解决了GH-36 合金缺口敏感性问题，并通过了国家鉴定，该成果获 得国家科技进步三等奖。 2 中国电渣冶金存在的问题 2.1 设备落后 多数电渣炉建于20世纪70年代至80年代，设 备陈旧，受国内机电制造水平及自动控制水平限制， 没有完善的闭环系统 (包括熔速Vm、渣池电阻Rs 及电压波动△U =2--3V等)，虽引进了美国Cansarc 及德国Loybold-Hereaus公司三台先进电渣炉，但未 能消化吸收。 2.2 没有适合的电渣钢的标准 国内电渣钢缺少国家或行业标准。而前苏联早在 1960年，对道路机车车辆用电渣重熔轴承钢建立了 TOCT7801-47的标准。 2.3 电渣重熔电耗偏高 国内各特殊钢厂电渣重熔平均电耗1563kWh八， 高于世界平均水平，美国材料咨询局给总统的AD报 告，要求控制在1200kWh/to钢铁研究总院与本溪 钢铁公司合作，连续多年电耗保持936kWh八水平， 国内钢厂因电渣炉支架刚度不足，未能全面推广这一 技术。 3 电渣冶金发展方向 我国电渣冶金诞生至今已45周年，45年对人类 漫长的历史，以及悠久的冶金史而言只是弹指一挥 间，但电渣冶金显示了强大的生命力，即使在世界钢 铁不景气的今天，电渣冶金仍然兴隆，技术和生产力 正处于稳定上升阶段，21世纪它将在以下方面具有 优势。 (1)电渣重熔在中型及大型锻件生产中，将处于 重要地位。 (2)在优质工具钢、模具钢、不锈耐酸钢、管 坯、冷轧辊生产领域中占绝对优势，真空电弧重熔在 万方数据 铸造 李正邦:电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展 861 sium on electroslag consumable electrode remelting and Casting Technology (C)，Pittsburgh, 1967 Hoyle G. "Electroslag Refining" Bisra open rep, 1966, MG/A/ 416/66 rapeacy.Hx 13 A. luy.nBTe 10 A. IIosepwencrea H Bonpocbt CoaeptueHcTB&HbiA 3.rteKTpoutnaxosorO nepenaea (J).CTaAb, 1962, (1):39--46 Richling W. Inclusion behavior during ESR (J).neue hutte, 1962, (1):565 Gamma] T. El. Et al. The role played by the electric current on metal droplet formation in the ESR process (A).Proceedings of the forth international symposium on electroslag remelting process (C).Tokyo, Japan, 1973 Masayoshi Hasegawa, et al. The influence of frequency of ESR (J).Journal of the iron and steel of Japan, (1976), (2):201 李正邦.电渣冶金的几个问题 (A).全国电渣冶金第一届会议 集 [C)，1961, 12 李正邦.电渣重熔工艺参数对去除夹杂物的影响 〔J),钢铁， 1966, (1):20一24. 傅杰，朱觉.GCr15钢电渣重熔的研究 〔A).全国电渣冶金第 一届会议集 [司，1961 Menoaap B 1'1. E)neKTpotunaxosbut 1lepennas (M).KHeBHny Kosn, 1970 李正邦，等.电渣重熔去夹杂物机理〔J),钢铁，1980, (1)c 20一26 李正邦.电渣重熔去夹杂物机理 〔A).钢铁研究总院论文集 (C)，1979, 66一67 李正邦.第二届冶金物理化学学术年会〔C). 1979,“一77 李正邦.工业电渣炉图册 〔M) 北京:冶金建筑研究院， 1960，图2号 MenoBap B 14. 9neKTpownaKOBe .nHTb H33aTenBCTS0 KNeB. HayK AYMxa, 1980 MenoBap BH.3neKTpouwnaKOBaR THTenbHaB nnaBKa H pa3.nHBxa McTanna KNeB. HayK AYMKa, 1988 陈崇禧.低能耗水冷结晶器旋转电渣重熔 (P). 19%年国家 发明四等奖 杨海森，李正邦.交直流串联电渣炉 (P).中国专利:91. 1. 11788. 8 苗治明，黄务涤，傅杰.感应电渣炉冶炼 (P).中国专利: 91. 6. 89109141. 6 傅杰，徐卫国.感应电渣浇注异型中空铸件 〔P).中国专利: 93. 2. 91105455. 3 Li Zhengbang, Liying. Modifications of inclusions in ESR of bear- ing steel (J).Journal of iron and steel research, 1998, 15 (1): 34 Li Zhengbang, Che Xiangqian. 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