文档介绍：主讲人:龚伟
第七章电渣重熔用渣
钢铁冶金研究所
电渣重熔的基本原理
基本原理
所谓的电渣重熔(ESR)可以看作是利用电加热的熔渣精炼金属的一种方法。
电渣重熔的基本原理
在铜制水冷结晶器中加入固态或液态炉渣,将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时,便有电流从变压器输出,通过液态熔渣。由于上述供电回路中,熔渣的电阻相对较大,占据了变压器二次电压的大部分压降,从而在渣池中产生了大量的焦耳热,使其处于高温熔融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点,从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化,熔化的金属聚集成液滴,在重力的作用下金属熔滴从电极端头脱落,穿过渣池进入金属熔池,由于水冷结晶器的强制冷却,液态金属逐渐凝固成钢锭,在正常重熔期,电流从电极进入渣池后,要通过金属熔池和凝固钢锭再由底水箱和短网返回变压器。
电渣重熔的基本原理
由于电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物理化学反应,从而可去除金属中有害杂质元素和非金属夹杂物。钢锭由上而下逐渐凝固,金属熔池和渣池就不断向上移动,上升的渣池使结晶器内壁和钢锭之间形成一层渣壳,它不仅使钢锭表面平滑光洁,而且降低了径向导热,有利于自下而上的顺序结晶,改善了钢锭内部的结晶组织。
电渣重熔的特点
金属的熔化、浇铸和凝固均在一个较纯净的环境中实现
整个过程始终在液态渣层下进行而与大气隔绝,因而最大限度的减轻了大气对钢液的污染,减少了钢液的氢、氮的增加量和钢的二次氧化,而且现在有的电渣重熔在冶炼过程中实行干燥空气的保护,进一步减少了增氢的可能性。另外,由于熔化和凝固均在水冷铜质结晶器中完成,因而没有普通冶炼方法由于耐火材料造成对钢液的污染的缺点。
电渣重熔过程中渣池温度通常在1750℃以上,而电极下端至金属熔池中心区域的渣温度可达1900℃左右。因此重熔过程中渣的过热度可达600℃左右,钢液的过热度可达450℃左右。高温的熔池促进了一系列的物理化学反应的进行。
良好的动力学条件还表现在电渣重熔过程中钢渣能充分接触。在电极熔化末端、熔滴滴落过程及金属熔池的三个阶段中钢渣接触面积可达3200mm2/g以上,反应进行得十分充分。同时在电磁力的作用下渣池被强烈搅拌,不断更新钢渣接触面,强化了冶金反应,促进了有害杂质元素和非金属夹杂物的排除。
具有良好的冶金反应的热力学和动力学条件
自下而上的顺序凝固条件保证了重熔金属锭结晶组织均匀致密
铸模里大量的钢液同时凝固导致了偏析,偏析的程度取决于多相组织凝固的结晶行为,局部非金属夹杂的累积及显微缝隙和缩孔是不可避免的。
在电渣重熔过程中电极的熔化和熔融金属的结晶是同时进行的。钢锭的上端始终有液态金属熔池和发热的渣池,既保温又有足够的液态金属填充凝固过程中因收缩产生的缩孔,可以有效的消除一般钢锭常见的疏松和缩孔。同时金属液中的气体和夹杂也易于上浮,所以钢锭的组织致密、均匀。
在水冷结晶器与钢锭之间形薄而均匀的渣壳保证了重熔钢锭的表面光洁。
在电渣重熔过程中,由于结晶器壁的强制冷却,使渣池侧面形成凝固渣壳。在合理的电渣工艺制度下,金属熔池具有圆柱部分。熔池在上升过程中由于金属液体上升接触到凝固的渣皮时会使部分凝固的渣皮重新熔化,使渣皮薄而均匀,金属在这层渣皮的包裹中凝固,电渣锭会十分光洁。另外,渣皮的存在能减小径向传热,有利于形成轴向结晶条件。
电渣炉