國外電渣重熔概況及我國電渣重熔的發(fā)展方向

隋鐵流

(東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116031)

國外電渣重熔概況及我國電渣重熔的發(fā)展方向

隋鐵流

(東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116031)

對國外電渣重熔現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，并對我國電渣重熔的發(fā)展方向提出設(shè)想.

電渣重熔;電渣爐;發(fā)展方向

電渣冶金起源于美國，霍普金斯在1935年進(jìn)行了渣中自耗電極熔化實(shí)驗(yàn)，并于1940年取得了發(fā)明專利.而現(xiàn)代電渣冶金技術(shù)是由蘇聯(lián)發(fā)展起來的.烏克蘭巴頓電焊研究院在電渣焊的基礎(chǔ)上開發(fā)出電渣冶金技術(shù).1958年，烏克蘭德聶泊爾特鋼廠建成了世界第一臺(tái)0.5 t工業(yè)電渣爐，使電渣冶金進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程.

50多年來，國內(nèi)外電渣冶金取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新工藝、新技術(shù)層出不窮，形成了一個(gè)跨專業(yè)、跨行業(yè)的新學(xué)科.

我國是世界上電渣冶金起步較早的國家之一.1960年，重慶特殊鋼廠、大冶特殊鋼廠，大連鋼廠及上鋼五廠的電渣爐先后建成投產(chǎn).緊隨其后北滿特鋼(原齊齊哈爾鋼廠)、撫順特鋼等工業(yè)電渣爐相繼建成投產(chǎn).50多年來，我國電渣冶金始終保持著旺盛的發(fā)展態(tài)勢.以東北特鋼集團(tuán)、上海寶鋼集團(tuán)五鋼公司、西寧特鋼以及大冶特鋼為代表的電渣鋼生產(chǎn)廠家，都顯示出很強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力.隨著我國科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，航天航海、汽車制造、石油化工、電站建設(shè)、核設(shè)施、機(jī)械制造等諸多行業(yè)和領(lǐng)域，都對鋼的質(zhì)量提出越來越高的要求.電渣鋼以其金屬純凈度高、組織致密、成分均勻、金屬各向異性小、鋼錠表面光潔及成材率高等特點(diǎn)，進(jìn)一步顯現(xiàn)出勃勃生機(jī).過去世界上最大的電渣爐是我國上海重型機(jī)器廠的200 t電渣爐和德國薩爾鋼廠的165 t電渣爐.國外最大的電渣鋼生產(chǎn)基地是烏克蘭德聶泊爾特鋼廠，該廠擁有22臺(tái)(2 t以上)電渣爐和年產(chǎn)10萬t電渣鋼的生產(chǎn)能力.近年來，隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，電渣冶金的歷史和記錄也在改寫.當(dāng)前世界上最大的電渣爐是我國上海重型機(jī)器廠的450 t電渣爐，最大的電渣鋼生產(chǎn)基地是東北特鋼集團(tuán).

東北特鋼集團(tuán)由北滿、撫順及大連三個(gè)特殊鋼廠組成，三個(gè)基地生產(chǎn)電渣鋼都有近50年的歷史.東北特鋼現(xiàn)有電渣爐47臺(tái)(含在建)，其中3 t以上電渣爐41臺(tái).具有年產(chǎn)19.5萬t電渣鋼的生產(chǎn)能力.東北特鋼電渣鋼的生產(chǎn)能力之大，大型電渣爐臺(tái)數(shù)之多，均居世界首位.

為了把東北特鋼建設(shè)成為世界上最先進(jìn)的電渣鋼生產(chǎn)基地，東北特鋼把電渣冶金作為強(qiáng)勢項(xiàng)目來發(fā)展.在東北特鋼大連基地的搬遷改造過程中，從因泰克公司引進(jìn)一臺(tái)36 t和一臺(tái)100 t抽錠式及固定式兩用的全計(jì)算機(jī)控制、恒熔速、氣密型保護(hù)性氣氛電渣爐.這是目前國內(nèi)最大的全計(jì)算機(jī)控制、恒熔速、氣密型保護(hù)性氣氛電渣爐.

東北特鋼撫順基地繼去年從ALD公司引進(jìn)一臺(tái)6 t全計(jì)算機(jī)控制、恒熔速、氣密型保護(hù)氣氛電渣爐后，今年又從因泰克公司和康薩克公司分別引進(jìn)一臺(tái)12 t和一臺(tái)30 t全計(jì)算機(jī)控制、恒熔速、氣密型保護(hù)性氣氛電渣爐.

東北特鋼北滿基地也把引進(jìn)最先進(jìn)的電渣爐和工藝技術(shù)列入近期的發(fā)展規(guī)劃.

為了對世界上最先進(jìn)的電渣爐及電渣重熔的工藝技術(shù)有更加深入全面的了解，出于對引進(jìn)電渣爐選型和確定工藝的需要，東北特鋼先后與烏克蘭科學(xué)院巴頓電焊研究所及世界上著名的INTECO(因泰克)公司、CONSARC(康薩克)公司、ALD公司等特種冶金設(shè)備制作廠家分別進(jìn)行了多輪技術(shù)交流.并派專家到德國和奧地利的多個(gè)電渣鋼生產(chǎn)廠家和電渣冶煉設(shè)備設(shè)計(jì)制作廠家進(jìn)行了實(shí)地考察.下面談一下國外電渣重熔的動(dòng)態(tài)和我們對國內(nèi)電渣重熔發(fā)展的一些設(shè)想.

1 國外電渣重熔的技術(shù)動(dòng)態(tài)

國外電渣重熔有很多新技術(shù)，比如電弧渣重熔、電渣熱復(fù)合、真空電渣重熔、快速電渣重熔、導(dǎo)電結(jié)晶器、高壓電渣重熔及液態(tài)電渣澆鑄等.下面僅就實(shí)用性強(qiáng)的幾項(xiàng)新技術(shù)作簡單的介紹.

1.1 快速電渣重熔(ESRR)

快速電渣重熔與傳統(tǒng)的電渣重熔相比，明顯區(qū)別在于電流流經(jīng)兩個(gè)回路(見圖1).大約70%～90%的電能通過渣池和T形結(jié)晶器上的導(dǎo)電元件返回到電源;只有10% ～30%的電能通過金屬熔池和電渣錠傳輸.這種導(dǎo)電方式?jīng)Q定了渣池可以為快速電渣重熔提供足夠高的溫度和熱量，而金屬熔池的溫度和形狀與輸入功率無關(guān)，即便在渣池溫度高，熔化速率快的情況下，金屬熔池仍然可以保持較低的溫度，使凝固易于控制.尤其是電渣錠的斷面尺寸較小，在結(jié)晶器的強(qiáng)制水冷的作用下，可以獲得細(xì)晶、致密及無偏析的組織結(jié)構(gòu).

快速電渣重熔的優(yōu)點(diǎn)是，在保證質(zhì)量的前提下，熔化速率是傳統(tǒng)電渣重熔的3～10倍，具有很高的生產(chǎn)率.可以用交換電極的方法，用大斷面電極坯料連續(xù)生產(chǎn)出各種小斷面規(guī)格的電渣鋼圓型材、方型材及六角材.由于具有抽錠功能，并配備了切割裝置，在拉坯過程中，電渣錠的長度可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行切割，具有很強(qiáng)的生產(chǎn)靈活性，產(chǎn)品趨于近終成形.另外，電渣鋼的成材率高于傳統(tǒng)的電渣重熔.圖1～4為因泰克公司為意大利瓦爾布魯納公司制作的快速電渣重熔設(shè)備.

圖1 快速電渣重熔的兩個(gè)回路Fig.1 Two circuits of ESRR

圖2 梯形導(dǎo)電結(jié)晶器Fig.2 Trapezoidal conductive mould

1.2 導(dǎo)電結(jié)晶器(CCM)

導(dǎo)電結(jié)晶器是因泰克公司的新技術(shù).此項(xiàng)新技術(shù)采用雙路電源供電，不僅可以像傳統(tǒng)電渣重熔的供電方式一樣，用一個(gè)電源變壓器，由變壓器－金屬電極－渣池－金屬熔池－電渣錠－底水箱構(gòu)成回路，還可以用另一個(gè)電源變壓器，使電流不經(jīng)過金屬電極，僅通過渣池和結(jié)晶器上的導(dǎo)電元件構(gòu)成回路(見圖5)，使渣池保持獲得良好的鋼錠表面所需的溫度.既可控制熔化速率，又可控制渣池溫度及液態(tài)金屬的凝固速度，使電渣重熔在熔化速率極低的情況下也可以進(jìn)行.

傳統(tǒng)的電渣重熔受渣池溫度和鋼錠表面質(zhì)量的影響，熔化速率、熔池深度及鋼錠的凝固速度的控制受到很大的限制.熔化速率偏低，電渣錠表面質(zhì)量就會(huì)出現(xiàn)問題.而當(dāng)今很多質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，需要低的熔化速率，淺平的金屬熔池及快的結(jié)晶速度，這些要求是傳統(tǒng)的電渣重熔無法實(shí)現(xiàn)的.比如傳統(tǒng)的電渣重熔生產(chǎn)含鉻(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同)2%～3%的軋輥輥坯合格率很高.而生產(chǎn)含鉻5%的軋輥輥坯，由于熔化速率不能控制在理想的低的范圍內(nèi)，金屬熔池深、凝固速度慢，極易產(chǎn)生碳化物偏聚及斑點(diǎn)等缺陷，廢品率較高.

圖3 快速電渣重熔設(shè)備Fig.3 Equipment of ESRR

圖4 快速電渣重熔法拉出的馬氏體和奧氏體鋼坯Fig.4 Martensitic steel and Austenitic steel are made by ESRR

圖5 雙回路電渣重熔Fig.5 ESR with two power circuit

輥坯的鉻含量與輥坯的使用壽命密切相關(guān)，鉻含量高，輥坯的使用壽命長.但用現(xiàn)有的工裝生產(chǎn)輥坯，鉻含量越高，輥坯的碳化物偏聚及斑點(diǎn)等廢品的出現(xiàn)率越高.導(dǎo)電結(jié)晶器新技術(shù)的研發(fā)成功，使生產(chǎn)含鉻12%的高質(zhì)量軋輥輥坯成為可能.據(jù)介紹，用導(dǎo)電結(jié)晶器生產(chǎn)直徑約600 mm的電渣錠，金屬熔池的深度僅在70 mm左右，可以避免出現(xiàn)碳化物偏聚的現(xiàn)象.而用傳統(tǒng)的電渣重熔法生產(chǎn)的直徑600 mm的電渣錠，金屬熔池的深度都在200 mm以上.

1.3 高壓電渣重熔(PER)

高壓電渣爐主要用于重熔含氮鋼，重熔含氮鋼的關(guān)鍵是保證過飽和的氮溶解到鋼中，防止凝固過程中析出.用于核電站發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)的高氮奧氏體不銹鋼，要求無磁性，屈服強(qiáng)度 σ0.2≥1 420 MPa，在大氣中冶煉，氮難以溶入鋼中，鋼中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般只能控制在0.4%～0.65%左右.性能無法達(dá)到要求.在高壓電渣爐中重熔，熔煉室氮的壓力高達(dá)4.2 MPa，可使鋼中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到1.05%，σ0.2≥1 500 MPa.

1980年德國建成了第一臺(tái)高壓電渣爐，生產(chǎn)出直徑1 m，質(zhì)量為16 t的電渣錠.1996年德國又建成兩臺(tái)高壓電渣爐用于生產(chǎn)含氮軸承不銹鋼和含氮高速鋼.近年來奧地利、保加利亞、美國也相繼建成高壓電渣爐，使高壓電渣重熔技術(shù)得到進(jìn)一步推廣.另外，我國的東北大學(xué)也建造了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)型高壓電渣爐，最高壓力可達(dá)到7 MPa，可使鋼中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%.目前，我國高壓電渣重熔仍然停留在實(shí)驗(yàn)室階段.圖6為ALD公司制作的16 t最大壓力為1.6 MPa的高壓電渣爐.

2 國外先進(jìn)電渣爐的基本特點(diǎn)和電渣鋼的生產(chǎn)情況

2.1 國外電渣爐的基本特點(diǎn)

圖6 16 t電渣爐Fig.6 16 tons of electroslag furnace

我國傳統(tǒng)的電渣爐一般是由支臂、立柱、短網(wǎng)、變壓器、托錠臺(tái)車等構(gòu)成的，如圖7、8所示.國外新型電渣爐一般沒有“支臂”的概念，而統(tǒng)稱之為“爐頭”(head).結(jié)構(gòu)形式多為車架式或A型結(jié)構(gòu)(也有人稱之為塔式結(jié)構(gòu))如圖9～11所示.

圖7 我國傳統(tǒng)的單相雙支臂電渣爐Fig.7 China’s traditional two－arm single－phase electroslag furnace

當(dāng)前，國外先進(jìn)的電渣爐都配備了可以控制熔化速率和冶煉全過程的全計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、帶有高精度重力傳感器的稱重系統(tǒng)、帶有4根導(dǎo)電立柱和采用滑動(dòng)觸頭導(dǎo)電的同軸導(dǎo)電系統(tǒng)、氣密型保護(hù)氣氛系統(tǒng)、高精度X－Y電極調(diào)整系統(tǒng)、電極坯料預(yù)熱裝置、渣料自動(dòng)加入器、合金及脫氧劑自動(dòng)加入器、節(jié)水系統(tǒng)和電渣錠熱屏蔽裝置.

圖8 我國傳統(tǒng)的三相雙支臂電渣爐Fig.8 China’s traditional two－arm phase electroslag furnace

圖9 ALD公司的車架式電渣爐Fig.9 ALD’s Car Rack electroslag furnace

另外，很多電渣爐都設(shè)有安全自鎖裝置，比如冷卻水不接通送不上電;冷卻水溫度超過設(shè)定值報(bào)警，超過允許值自動(dòng)切斷電源;地坑內(nèi)惰性氣體超標(biāo)，氧含量低于安全設(shè)定值自動(dòng)報(bào)警等.

國外電渣爐基本上都是單相電渣爐，一般多熔位(工位)的電渣爐居多.不僅有單爐頭、單熔位電渣爐和單爐頭、雙熔位的電渣爐，還有雙爐頭、雙熔位，雙爐頭三熔位及三爐頭四熔位的電渣爐.

多熔位電渣爐的主要優(yōu)點(diǎn)是提高電渣爐的生產(chǎn)率.一是可以減少電渣爐的熱停時(shí)間，在電渣錠模冷期間，可以在另一個(gè)熔位繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn);二是可以根據(jù)錠型的不同合理安排生產(chǎn).不僅可以用兩個(gè)爐頭采取交換電極的方式，在中心熔位重熔較大規(guī)格的電渣錠;還可以用兩個(gè)爐頭分別在兩個(gè)熔位同時(shí)生產(chǎn)出兩個(gè)規(guī)格較小的電渣錠，提高電渣爐的有效利用率和生產(chǎn)的靈活性.

圖10 INTECO公司的車架式電渣爐Fig.10 INTECO’s Car Rack electroslag furnace

圖11 康薩克公司A型結(jié)構(gòu)電渣爐Fig.11 CONSARC’s A structure electroslag furnace

國外電渣爐的另一個(gè)特點(diǎn)是，抽錠式電渣爐，或抽錠式與固定式兩用電渣爐較多.抽錠式電渣爐的主要優(yōu)點(diǎn)是交換電極迅速，并可以克服長電極坯料和長結(jié)晶器制作上的困難，用較短的電極坯料和短結(jié)晶器即可生產(chǎn)出長達(dá)6 m的電渣錠.

下面介紹國外先進(jìn)的電渣爐的特點(diǎn):

(1)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電渣重熔過程的全計(jì)算機(jī)控制

所謂的全計(jì)算機(jī)控制與我國一般用計(jì)算機(jī)對重熔過程的簡單控制有很大不同，國外先進(jìn)的電渣爐從啟動(dòng)、正常重熔、到補(bǔ)縮終了，整個(gè)重熔過程實(shí)現(xiàn)了全計(jì)算機(jī)控制.渣料及脫氧劑的加入，電流、電壓、渣阻及熔化速率的控制，電極重量及位置、惰性氣體的流量及壓力、冷卻水的溫度、壓力、流量及安全連鎖狀態(tài)不僅在監(jiān)視器上顯示，還能通過計(jì)算機(jī)發(fā)出指令自動(dòng)進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)，確保工藝的再現(xiàn)性.這就避免了過多的人為控制和調(diào)整對冶煉過程及電渣鋼質(zhì)量帶來的干擾和影響.

在工藝方面，多數(shù)采用恒熔速的工藝思想.在重熔過程中，通過計(jì)算機(jī)控制，使金屬電極始終保持一定的埋入深度，使熔化速率保持在一個(gè)恒定的設(shè)定值上.

(2)高精度稱重系統(tǒng)

用計(jì)算機(jī)控制熔化速率是與其配備的高精度稱重系統(tǒng)和可進(jìn)行有載調(diào)壓的電源變壓器密不可分的.目前，采用的重力傳感器可以使稱重系統(tǒng)的重量精度等級達(dá)到0.01%，熔化速率計(jì)算相對精度達(dá)到±1 kg.

(3)完全同軸的大電流供電系統(tǒng)

東北特鋼北滿基地(原齊齊哈爾鋼廠)于1979年從聯(lián)邦德國萊堡爾德－海拉斯公司(ALD公司的前身)引進(jìn)一臺(tái)10 t單相、單支臂、雙熔位電渣爐(見圖12)，二次供電系統(tǒng)采用“同軸設(shè)計(jì)”的概念開始引入中國.

圖12 北滿基地早期由海拉斯公司引進(jìn)的同軸導(dǎo)電電渣爐Fig.12 North Moon base earlier introduced the coaxial conductive electroslag furnace by the Hellas company

現(xiàn)在國外電渣爐制造商普遍采用4根對稱并相互平行的導(dǎo)電立柱供電，稱之為100%高效率的完全同軸設(shè)計(jì).國外研究人員認(rèn)為帶有4根對稱分布的導(dǎo)電立柱的結(jié)構(gòu)，優(yōu)于兩根導(dǎo)電立柱的同軸導(dǎo)電和一般平行布線的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，可以有效地消除重熔過程中散亂磁場對金屬熔池的擾動(dòng)，避免偏析及斑點(diǎn)等缺陷的形成.米契爾證實(shí)降低熔化速率和消除攪拌有助于避免點(diǎn)狀偏析.認(rèn)為在同軸電渣爐上熔化速率可以增加的理由之一，是來自于電磁力的攪拌被大大地降低.

由于同軸電渣爐網(wǎng)路的感抗和壓降損失小，磁場損失也相對較小，因此具有良好的節(jié)電效果.國外先進(jìn)電渣爐的平均冶煉電耗一般在1 100～1 300 kW·h/t左右.

(4)高精度X－Y電極調(diào)整系統(tǒng)

高精度X－Y電極調(diào)整系統(tǒng)，可以有效地控制和調(diào)整金屬電極在水平方向的位置，使金屬電極始終處于結(jié)晶器的中心位置，防止金屬電極發(fā)生位置偏移影響電渣錠的表面質(zhì)量，避免金屬電極與結(jié)晶器打弧，甚至擊穿結(jié)晶器的現(xiàn)象發(fā)生.

(5)氣密型惰性氣體保護(hù)罩

隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)︿摬牡馁|(zhì)量提出越來越高的要求，新型的保護(hù)性氣氛電渣爐—?dú)饷苄捅Ｗo(hù)性氣氛電渣爐應(yīng)運(yùn)而生.近幾年來，國際上幾家電渣冶金設(shè)備制作公司為用戶制作的電渣爐，絕大多數(shù)都是氣密型保護(hù)性氣氛電渣爐.

新型保護(hù)性氣氛電渣爐使用的是氣密型惰性氣體保護(hù)罩，在0.2～10 MPa的惰性氣體壓力保護(hù)下，既防止了重熔過程中電渣鋼增氫，也防止了大氣對與金屬電極和渣池的氧化，使電渣鋼中的氫、氧、氮不高于電極坯料中的原始含量.重熔過程中易氧化元素?zé)龘p很少，比如鈦的燒損量微乎其微，而普通電渣爐鈦的燒損量可達(dá)30% ～50%.另外，電渣錠的頭尾化學(xué)成分的均勻性也大大優(yōu)于普通電渣爐生產(chǎn)的電渣錠，包括重熔含鋁、鈦鋼在內(nèi)，電渣錠的頭尾鋁、鈦等化學(xué)成分偏差極小.

國外新型電渣爐大多都帶有電極坯料端頭預(yù)熱裝置，在金屬電極進(jìn)行重熔之前對電極坯料的端頭進(jìn)行預(yù)熱，既可以防止金屬電極進(jìn)入熔渣后，電極急劇升溫而出現(xiàn)炸裂或掉塊的現(xiàn)象，也可以防止金屬電極進(jìn)入熔渣后，因爐溫驟然降低而使電渣錠出現(xiàn)勒殼、渣溝等表面缺陷.

(7)電渣錠熱屏蔽裝置

由于大型電渣錠冶煉時(shí)間長，電渣錠的頭、尾溫差很大.有些鋼種電渣錠底部因溫降過快發(fā)生相變而出現(xiàn)裂紋.為了防止大型電渣錠出現(xiàn)裂紋廢品，大型抽錠式電渣爐還配備了機(jī)械手式電渣錠熱屏蔽裝置.有的大型固定式電渣爐配備了底水箱加熱裝置.

2.2 國外電渣鋼的生產(chǎn)情況

在歐洲一些電渣鋼生產(chǎn)廠進(jìn)行實(shí)地考察看到，歐洲的電渣鋼生產(chǎn)集中體現(xiàn)出的就是一個(gè)“精”字.首先是“精渣料”，目前國外普遍采用預(yù)熔渣(electroflux)，用固渣啟動(dòng)的方法進(jìn)行引燃.即用金屬電極直接造渣，幾乎沒有渣料加熱爐和石墨電極造渣.更沒有看到用化渣爐將熔化的熔渣注入到結(jié)晶器中的液渣啟動(dòng).預(yù)熔渣都是不經(jīng)加熱烘烤，從封閉的包裝中取出直接加入到爐中的.預(yù)熔渣均由德國專業(yè)的生產(chǎn)廠家瓦克(WACKER)公司提供.預(yù)熔渣是用電爐采用特殊工藝提純精煉的，經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)合格后，再經(jīng)抽真空進(jìn)行精包裝.或是用塑料與鍍鋁薄膜進(jìn)行的復(fù)合包裝，或是用帶有塑料內(nèi)襯的金屬桶進(jìn)行封裝，防止在運(yùn)輸和貯存過程中吸潮.預(yù)熔渣根據(jù)不同的工藝要求，有十余種型號和配比可供選擇.預(yù)熔渣呈碎石顆粒狀(見圖13)，組織致密，其中的氣體、水分和雜質(zhì)已得到充分地去除.

圖13 瓦克公司生產(chǎn)的預(yù)熔渣Fig.13 Premelted slag of WACKER

比如普通渣的濕度為0.5% ～1.5%，而預(yù)熔渣的濕度僅為0.006% ～0.1%.采用預(yù)熔渣可以有效防止電渣鋼增氫，減少元素?zé)龘p，顯著提高電渣鋼的冶金質(zhì)量.

國外電渣鋼的另一質(zhì)量保證就是“精坯料”.在歐洲絕大多數(shù)廠家使用的都是鑄造電極，有的廠家也部分使用軋制電極或是連鑄坯.看到的鑄造電極無論規(guī)格多大，無論是火切，還是鋸切，端頭都很平齊，沒有縮孔.坯料表面或是經(jīng)過扒皮，或是經(jīng)過拋丸處理，沒有氧化鐵皮和銹蝕，所有清理過的電極坯料都反射著金屬光澤.見到的鑄造電極表面不僅沒有橫裂紋，也沒有縱向裂紋，如圖14所示.

國外的電極坯料一般由電弧爐生產(chǎn)，也有用感應(yīng)爐生產(chǎn)的.鑄造電極制作的標(biāo)準(zhǔn)要求很高.在一般情況下，電渣重熔不能去氣，因此在電極坯料的生產(chǎn)過程中，必須經(jīng)過真空脫氣.對電極坯料的氫、氧、氮及磷、硫含量都有明確要求.對于易裂鋼種鑄造電極必須進(jìn)行退火處理.另外與我國不同的是國外鑄造電極沒有錐度.

在信息化日漸加深的今天，課題上直接傳授知識的“滿堂灌”已經(jīng)不能起到很好的效果，學(xué)員們思維活躍，并且注意力更難以長時(shí)間的集中，需要使用學(xué)員關(guān)心的案例來激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)員課堂參與度，來達(dá)到更好的教學(xué)效果。

國外的“精操作”主要靠全計(jì)算機(jī)控制和先進(jìn)設(shè)備的高度自動(dòng)化來完成.從啟動(dòng)加渣化渣，正常重熔期熔化速率的控制，到補(bǔ)縮終了，幾乎沒有人為因素的干擾和影響，工藝再現(xiàn)性強(qiáng).

圖14 國外的鑄造電極Fig.14 Casting electrode overseas

雖然國外各廠家在實(shí)現(xiàn)“精渣料”、“精坯料”、“精操作”的過程中，投入似乎比我們多些，但換取的是更高的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)的質(zhì)量信譽(yù).在現(xiàn)場考察過程中我們了解到，各廠家的電渣鋼鍛件的合格率都在99%以上，電渣鋼鍛件的成材率達(dá)到90%以上.

3 我國電渣重熔發(fā)展的方向

3.1 電渣冶金設(shè)備及電渣錠向大型化的方向發(fā)展，工裝水平將越來越先進(jìn)

2008年前，世界上100 t以上的電渣爐僅有我國的上海重型機(jī)器廠(200 t)，德國的薩爾鋼廠(165 t)和日本鋼廠(110 t)等為數(shù)不多的幾臺(tái).近年來，世界大型電渣爐的建造呈迅猛發(fā)展的態(tài)勢.2008年康薩克公司與意大利Rubiera鋼廠簽訂了100 t電渣爐的訂貨合同.因泰克公司先后與意大利的Fomas SPA公司簽訂了兩臺(tái)110 t電渣爐的訂貨合同，與德國的薩爾鋼廠簽訂了150 t電渣爐的訂貨合同(現(xiàn)已投產(chǎn))以及與意大利的Vienna公司簽訂一臺(tái)250 t電渣爐的訂貨合同.2009年因泰康公司又與日本ZCFC公司簽訂了一臺(tái)150 t電渣爐訂貨合同.

我國是電渣冶金起步較早的國家，但是多年來電渣爐的噸位普遍相對偏小.直到20世紀(jì)80年代中期我國擁有10 t以上電渣爐的廠家僅有上海重型機(jī)器廠、北滿特鋼(原齊齊哈爾鋼廠)，太原鋼廠等為數(shù)不多的幾家.現(xiàn)在10 t以上的電渣爐幾乎遍及全國.20 t的電渣爐也是屢見不鮮，就連山東的民營企業(yè)也建起了45 t電渣爐，并把建造100 t電渣爐作為企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃.目前，一重集團(tuán)120 t的電渣爐已經(jīng)安裝完畢，現(xiàn)已進(jìn)入熱試車階段.上海重型機(jī)器廠的450 t電渣爐已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段.另外，煙臺(tái)80 t電渣爐已經(jīng)建成.馬鞍山等一些廠家也都將建造大型電渣爐列為企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃.最近沈陽鑄造研究所80 t電渣爐已簽訂了訂貨合同.北滿特鋼新建80 t電渣爐正在洽談之中.山東、蘇南的企業(yè)正在醞釀建造超過100 t的電渣爐.

2000年以來，隨著用戶對電渣鋼質(zhì)量要求的不斷提高，很多企業(yè)開始重視電渣冶金的裝備水平，引進(jìn)電渣爐呈迅速增加的態(tài)勢.除東北特鋼引進(jìn)五臺(tái)電渣爐外，繼上鋼五廠從ALD和康薩克公司引進(jìn)兩臺(tái)保護(hù)性氣氛電渣爐之后，僅2008年一年的時(shí)間里，上鋼五廠又從康薩克公司引進(jìn)了兩臺(tái)7 t保護(hù)性氣氛電渣爐;大冶鋼廠從因泰克公司引進(jìn)的一臺(tái)16 t保護(hù)性氣氛電渣爐已經(jīng)投產(chǎn).太原不銹鋼股份有限公司也從因泰克公司引進(jìn)了一臺(tái)16 t保護(hù)氣氛電渣爐，從ALD公司引進(jìn)了一臺(tái)500 kg試驗(yàn)型電渣爐.目前國內(nèi)仍有一些企業(yè)有引進(jìn)電渣爐的意向.隨著當(dāng)前最具世界先進(jìn)性的電渣爐的不斷引進(jìn)，帶來了國外電渣冶金設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)，推動(dòng)了我國電渣冶金設(shè)備快速與國際先進(jìn)水平靠攏和接軌，并將把我國的電渣冶金的工裝提高到一個(gè)新水平.

3.2 推行“三精”方針，電渣鋼生產(chǎn)精品化是電渣冶金發(fā)展的必然

電渣重熔屬于精煉過程，電渣鋼是冶金產(chǎn)品中之精品.走精品化的發(fā)展道路是電渣冶金發(fā)展的必然.2008年是我國電渣冶金誕生50周年.半個(gè)世紀(jì)以來，經(jīng)過幾代電渣冶金工作者的不懈努力，我國已發(fā)展成為一個(gè)電渣鋼生產(chǎn)大國，并在電渣冶金領(lǐng)域取得了很多輝煌的成就.但是通過到德國和奧地利進(jìn)行實(shí)地考察，使我們感覺到與歐洲相比，無論是工裝水平、工藝技術(shù)，還是產(chǎn)品質(zhì)量、成材率及冶煉電耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，都有值得我們學(xué)習(xí)借鑒之處.

經(jīng)過認(rèn)真思考，感到我國在電渣冶金方面同歐洲存在著的差距，不僅在于工裝水平，以及原輔材料的質(zhì)量等方面，更重要的是在質(zhì)量意識和經(jīng)營理念方面存在著很大的差異.國內(nèi)很多企業(yè)都倡導(dǎo)過“精料方針”和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“精品化”，但是實(shí)際運(yùn)行過程中往往是“精料”不精，精品不精.歸根結(jié)底還是很多干部和員工精品意識不強(qiáng)，在思想上對精料及精品的定位不準(zhǔn)確造成的.要使電渣鋼生產(chǎn)走向精品化的發(fā)展道路，轉(zhuǎn)變干部員工的思想觀念尤為重要.

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的的迅猛發(fā)展，對電渣鋼需求量不斷增加的同時(shí)，對電渣鋼的質(zhì)量也提出越來越嚴(yán)格的要求，市場競爭也越來越激烈.電渣鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)物質(zhì)量不提高就意味著失去市場.電渣鋼生產(chǎn)逐步走向精品化的發(fā)展道路將成為電渣冶金發(fā)展的必然.

3.3 電渣錠錠型細(xì)長化是提高電渣鋼冶金質(zhì)量和電渣鋼成材率的有效途徑

2005年，在全國電渣冶金學(xué)術(shù)年會(huì)上，我發(fā)表了“電渣錠錠型的細(xì)長化”文章，并提出電渣錠錠型細(xì)長化的工藝思想.近年來，通過與國外幾家電渣爐制作廠商進(jìn)行的多次技術(shù)交流，并到國外的電渣鋼生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)地考察，收集到了更多的數(shù)據(jù)和資料，進(jìn)一步證實(shí)了國外電渣錠均呈細(xì)長化發(fā)展趨勢.

實(shí)踐證明電渣錠的冶金質(zhì)量與電渣錠的錠型規(guī)格密切相關(guān).電渣錠的斷面尺寸越小，質(zhì)量越易于提高.電渣錠呈細(xì)長狀有利于提高電渣鋼的成材率.國外電渣鋼制品99%以上的合格率及90%以上的鍛件的成材率，與其合理的錠型規(guī)格密切相關(guān).因泰克公司為南斯拉夫 ZELEZARNA RAVNE建造的電渣爐生產(chǎn)出的36 t的電渣錠，錠的直徑為1 000 mm，而電渣錠的長度為6 000 mm(見圖15).

近5年來，東北特鋼的3個(gè)基地推行電渣錠錠型細(xì)長化工作收到了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果.改進(jìn)后的錠型提高成材率的幅度約在2.5%左右.個(gè)別錠型提高幅度更大.電渣錠錠型細(xì)長化是提高電渣鋼冶金質(zhì)量和電渣鋼成材率的有效途徑.實(shí)踐證明，電渣錠錠型細(xì)長化更具科學(xué)性和合理性，有利于提高電渣鋼的冶金質(zhì)量和提高電渣鋼的成材率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益.

4 結(jié)語

圖15 南斯拉夫直徑1 000 mm，長6 000 mm，質(zhì)量為36 t的細(xì)長電渣錠Fig.15 Diameter of the former Yugoslavia’s slender ESR Ingot，1 000 mm，length 6 000 mm，weight 36 t

(1)INTECO公司、CONSARC公司和ALD公司是當(dāng)今世界制作電渣冶金設(shè)備最具先進(jìn)性和代表性的三大公司.制作的電渣爐代表著當(dāng)今世界電渣爐的先進(jìn)水平，在設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方面有很多值得我國電渣冶金工作者學(xué)習(xí)借鑒之處.隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對電渣鋼的質(zhì)量提出越來越高的要求，以及綜合國力的不斷增強(qiáng)，必將加速我國電渣冶金裝備水平的不斷提高.與國際先進(jìn)水平接軌將成為我國電渣冶金發(fā)展的必然.

(2)市場需求、產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益決定了電渣冶金設(shè)備和電渣錠錠型大型化;電渣冶金走精品化的發(fā)展道路，以及電渣錠錠型細(xì)長化將成為我國電渣冶金發(fā)展的必然趨勢.

［1］李正邦.電渣冶金的理論與實(shí)踐［M］.北京:冶金工業(yè)出版社.，2010.

［2］李正邦.21世紀(jì)電渣冶金的新進(jìn)展［J］.特殊鋼.2004，25(5).

［3］李正邦.電渣冶金原理及應(yīng)用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1996.

［4］姜周華.電渣重熔技術(shù)的新進(jìn)展［C］//2008年全國電渣冶金學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.

［5］隋鐵流.電渣錠錠型細(xì)長化［C］//2005年全國電渣冶金學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.

［6］隋鐵流.電渣冶煉項(xiàng)目組赴歐洲考察報(bào)告［R］.2008年.

［7］烏克蘭巴頓電焊研究所，康薩克公司，ALD公司，因泰克公司等技術(shù)交流資料.

General situation of overseas electroslag remelting and developing direction of electroslag remelting in China

SUI Tie-liu

(DongBei Special Steel Group Co.Ltd.，Dalian 116031，China)

The article summarizies overseas electroslag remelting and puts forth superficial opinion for developing direction of electroslag remelting in China..

ESR;Electroslag furnace;Development direction

TF 748.6

A

1671-6620(2011)S1-0021-08

2010-10-15.

隋鐵流 (1949—)，男，高級工程師.