电渣重熔DT40钢结硬质合金的性能研究分析

郑州航空工业管理学院

毕业论文（设计）

2014 届材料成型及控制工程专业 1006091 班级

题目电渣重熔DT40钢结硬质合金950度淬火高温回火工艺、组织及性能研究

姓名杜刘名学号100609106

指导教师张新房职称副教授

二ОО四年五月五日

内容摘要

钢结硬质合金是以钢作粘合剂和硬质化合物为硬质相的一种新型的复合材料。它介于硬质合金和合金钢之间，具有硬质合金和钢的大部分优点，不仅和硬质合金一样具有高强度、高硬度、高耐磨性，而且还和钢一样具有可加工、可焊接、可热处理等性质。它主要应用于耐磨零件、刀具、模具等方面。

随着中国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，因而模具材料、耐磨零件选择及其热处理工艺的选择已在模具制造业中引起广泛的重视。对材料的强度、材料的制造精度、材料的成本、材料的使用寿命也有着越来越高的要求。

研究结果结果表明，DT40钢结硬质合金在淬火温度、回火温度、保温时间、熔渣含量的影响下，对钢结硬质合金的硬度、耐磨性、相对密度、弯曲强度、金相组织都有所影响。本文对电渣重熔DT40钢结硬质合金热处理工艺以及金相组织综合分析，制订出合理的热处理工艺方案，并根据实验得出结论和数据进行比较分析。这样使材料的综合性能达到一定的要求，同时，满足研究降低成本的方法，以节约资源。

关键词

DT40钢结硬质合金；电渣重熔；热处理工艺；淬火

The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Study of Quenching and High Temperature

Tempering Technology,Organization and Properties of Electroslag RemeltingDT40 Steel Bond Hard Alloy in 950 Degrees

Candidate：College of mechanical and electrical engineering Specialty：Materials science and Engineering

Studen ID：100609106

Supervisor：Xinfang Zhang

Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management

Abstract

Steel bonded hard alloy is a new composite material which uses steel as blinder and hard compound as hard phase.Its character is on the borderline between hard alloy and alloy steel.It has most of the advantages belong to hard alloy and steel.it has not only high strength,high hardness and high wear resistance,but also the character of machinability,weldability and heat-treatability like steel.It usually applied to fields like wear parts,knife tools or moulds.

With increasing requirements for the industry of moulds by developing chinese economy,the selection of mould material,wear parts and heat treatment technology is becoming more and more important in the die and mould industry.Accordingly, the requirments for the hardness,the manufacture accuracy,the cost and the life of materials are increasing.

The study result indicates with the influence by quenching temperature,tempering temperature , heat preservation time and slag content,DT40 steel bonded hard alloy has a great influence on hardness, wear resistance，relative density，bending strength and metallurgical structure. This paper analyses the heat treatment technology of electroslag remelting DT40 steel bonded hard alloy and metallurgical structure synthetically,then draws up a reasonable heat treatment technology,finally compares and analyzes the figures from the experiment.So it is possible to make the combination property of materials to meet certain requirements.At the same time,it can also cut the cost and save energy.

Key words

DT40 Steel bonded hard alloy; electroslag remelting; heat treatment technology;quencher

第1章绪论

1.1引言

中国是经济发展相对来说比较高速的，对模具工业也提出了更高的要求，因而模具材料的加工和耐磨件选择及其热处理工艺处理已在模具制造业中引起了较为广泛的重视。对材料的强度、材料的制造精度、材料的成本、材料的使用寿命的要求越来越高。以钢作粘合剂和硬质化合物为硬质相的复合材料被称为钢结硬质合金，它是一种新型的复合材料，它具有硬质合金和钢的大部分优点，并且还和硬质合金一样具有高强度、高硬度、高耐磨性的特点，而且还和钢一样具有可加工、可焊接、可热处理等性质，拟补了硬质合金和钢两者中间的空白，它主要应用于耐磨零件、刀具、模具等各个方面。

钢结硬质合金具有很多独特的优秀性能，主要表现在以下几个方面：

（1）具有良好的机械性能。钢结硬质合金在进行热处理后具有很高的硬度和强度，普通的钢和合金钢是没法和钢结硬质合金相比的，它也具有更高的耐磨性、强度和硬度，甚至比硬质合金钢的硬度、强度还要强。除此之外，钢结硬质合金相比于硬质合金钢具有较高的韧性和弯曲强度。

（2）很好的化学稳定性。钢结硬质合金根据其中的熔渣含量不同可具有各种不同的化学特性，如：耐腐蚀性、抗酸碱盐性、抗氧化性、耐高温性。根据它的不同特性，可用于制造不同用途的工业材料，进而拓宽了钢结硬质合金的应用范围和领域。

（3）具有广泛的加工特性。钢结硬质合金最为主要的工艺加工特性就是具有可锻造性、可焊接性和可热处理的特性；他的这些特性既可以适用于各种形状的锻造成型，硬化处理，焊接等，提高了它的行用性，因此决定了它广泛的工业用途。

由于钢结硬质合金的良好的机械和工业性能，因而在60年代投放市场以来，世界上很多国家都开始研制和发展钢结硬质合金，近年来它的发展在全世界取得了突飞猛进的地步。在我国钢结硬质合金的研究和发展与世界先进国家差距还是很大的，虽然在我国也该、有很多家大的企业在研究它，但是由于在技术和研究上的差距使我国研制的钢结硬质合金的性能比较差，比不适合大批量生产和在工业材料上的应用。所以说，在我国急需的就是提高对钢结硬质合金的研究和开发，以满足我国高速发展的工业需求，降低生产成本，降低资源消耗，是我国的工业化进程发展更加迅速。

本论文研究的是对电渣重熔DT40钢结硬质合金中的各个影响因素，从而在不同的方面着手，提高钢结硬质合金的综合的力学性能，降低它的生产成本，为钢结硬质合金在我国的研究和生产提供较为真实的理论基础。

1.2钢结硬质合金的简介

1.2.1钢结硬质合金的发展概况

钢结硬质合金具有其他钢结构不具有的有点，它综合了其他钢的优点，所以它的性能在一定程度上推动了自身的发展。自上世纪60年美国将硬质合金钢投放市场以后，世界上部分国家也都纷纷在该领域涉足，进行开发研究，并且取得了自己的产品体系。

长期以来，由于70年代末和80年代初的社会各方面因素的影响钢结硬质合金的发展十分缓慢。80年代后期，钢结硬质合金的发展在世界上又活跃了起来，尤其是这些年来各个国都大力研究寻求取代钢铁材料，从而更加的推动了钢结硬质合金的发展、完善和进步。尤其是前苏联在钢结硬质合金方面做了大量的试验和研究，并且研究出一些新的产品，；瑞士、英国等国家也进行了一些研究；同时日本在这方面也取得了不小的成果；但是最成功的还要数欧洲，他们的研究在金

属加工领域得到了大部分国家的认可。近年来，各国都在从事钢结硬质合金的研究，在加工工艺以及应用等方面取得了很大成功，我就外国的研究成果做一下大致的讲述，以对我国的钢结硬质合金工业的研究贡献一点微薄之力。

1.2.2钢结硬质合金的制备方法

钢结硬质合金的制备方法大概分为两大类：一类是固相法，另一类是液相法。

固相法：固相法是指利用固态金属元素制造硬质合金分方法，它的主要原料是合金粉末。粉末冶金法还一个别名叫做固态金属扩散法，是将金属粉末和增强颗粒进行机械额混合在一起后，在一定高的的压力和温度条件下进行烧结和压制成型的。

液相法：液相法是指金属在熔融态时和固态的增强颗粒溶合在一起的方法，它主要可以分为挤压铸造法、电冶熔铸法、搅拌铸造法、离心铸造法等5种。

挤压铸造法：是指在机械压力的作用下将基体金属液和增强颗粒混合凝固而成型的一种方法。

电液熔铸法：是指包括铸件凝固成型以及电渣熔铸这两道不同的生产工艺。

c、搅拌铸造法：适用于工业中大量的生产钢结硬质合金的一种常用方法，它的生产原理是在基体金属溶液中加入经过处理的增强颗粒，通过高速搅拌或者磁场作用使增强颗粒均匀分散开来，然后浇铸成型。

d、离心铸造法：这种方法适用于制造对表面有特殊要求的零部件。根据生产的零件的工艺要求在铸型中加入基体金属液，在离心力的作用下，使增强颗粒均匀的分布在铸件的表面。

e、共喷沉积法：其原理是基体金属液喷通过特殊的喷嘴将其喷射出去，在不同种类惰性气体的作用下雾化成极其细小的液态金属微粒，并和增强颗粒一起在铸件底部沉积凝聚而成的复合材料。

1.2.3稀有元素对钢结硬质合金的影响

稀土被称为“新材料宝库”和“工业维生素”，因为他们具有一系列相对来说比较特别的性质，现在已被广泛应用到航空材料、冶金材料、电子学、光学、化工、机械等行业。

由于稀土元素具有独特的物化性能和较高的化学活性，在一定的条件下能产生原子极化，稀土在硬质合金的生产和制造中具有独特的作用。按一定比例和方式将稀土元素添加到一般的硬质合金钢中，既有效的优化了组织也提高了硬质合金的机械性能，使合金的强度有了很大的提高，同时也能提高塑形相。精华晶界、细化晶粒来提高韧性。

由许崇海、艾兴的研究结果可以看出，添加稀土元素能有效的提高合金钢的硬度，例如：稀土元素钇可以提高合金钢0.2-0.5HRA硬度。制造TiC的原材料用的最多的是碳黑和二氧化钛，这两种相对来说用量较多的原材料价格低廉资源丰富，由于TiC密度比较低（仅是WC的三分之一），TiC钢结硬质合金的密度相比较而言也比较低，一般为6.5g/cm3，这对于用于制造高速旋转的灵剑士非常有利的，正是由于这么多好的特性，对TiC钢结硬质合金来说，提高某些性能是非常必要的，研究表明在TiC钢结硬质合金中添加某些稀土元素能有效的提高它的综合性能。稀土元素在钢结硬质合金中起着不可替代的作用，能有效的提高钢结硬质合金的综合性能。

1.2.4钢结硬质合金的应用

在近年发展起来了一种新型的硬质合金钢——钢结硬质合金，由于其优异的性能，在工业生产中得到了广泛的应用（如：切削刀具、模具、耐磨零件等）

切削刀具：高速钢在耐热性和耐磨性上都不如钢结硬质合金。因此，他有效的填补了现有高速钢和硬质合金钢二者在性能上的缺陷，

故它可以被用来制造铣头、滚刀、拉刀等刀具，以便用于加工有色合金钢、耐热钢、不锈钢，并且效果比较好。

模具：钢结硬质合金在机械方面可用于制造拉丝模、冲载模、拉管模、拉伸膜、冷（热）墩模、挤压模等。中低碳钢结硬质合金（如TC-65）的性质是耐热性较低、硬度大，常用于部分无屑金属冷加工工艺。

钢结硬质合金由于它的韧度和高强度，比一般的无钨硬质合金要好，具有较强的抗粘附磨损性，因此可用于在短时间内的无润滑的摩擦，（如气体动压轴，工作环境是在真空中无润滑剂的轴承和其他润滑表面）。

牌号特点及其适用方面

GW1

具有较为合理的机械性能和耐磨性。应用冷锻，成型，冷挤压，

拉拔模具及各种耐磨零件，工具和切削量卡工具和剪切等。

R5有很高的硬度和具备比较好的耐磨性，具有很鲜明的回火二次强化表象，抗氧化、抗回火和抗腐蚀性。适用于中高温热作模具和抗氧化、腐蚀和耐磨同时要求的工作，如刮片和密封环。

TM52拥有加工硬化、电弧焊接和耐打击的特征，可磨削但不可用于机器加工的钢结硬质合金。常用于制作抗冲击钻具的钻头和耐磨零件。

TM60具有和TM52相似的物化特性，和TM52的应用范围大体相同。

1.3电渣重熔钢结硬质合金概述

1.3.1电渣重溶的原理及特点

（1）原理：所谓的电渣重溶能够看做是用电加热进行的熔渣精练金属的一种方式。

它的建造经过是在铜制的水冷结晶器中加入液态或固态的炉渣，将自耗电极的一头尖端插入水冷结晶容器中。当自耗电极、炉渣和底水箱经过变压器与短网构成供电回路时，即可有电流从变压器另外一端输出，通过液态熔渣。在上面的供电回路中，熔渣的电阻相对来说是比较大，占据了变压器的二次电压的90%以上的电压降，从而在渣池中产生很大的热量，使其处加热到高温熔融状态。因为熔池内的温度远远高于金属的熔点，从而使自耗电极的端部渐渐加热熔化，熔化的金属构成金属熔滴，在重力的功用下使金属熔滴从电极的一端滴落到金属熔池，由于水的冷却结晶作用，使金属熔液逐渐凝固成钢锭，在正常的重熔期阶段，电流从电极的一端进入熔池后，通过金属熔池、钢锭再通过底箱和短网回到变压器。

因为液滴的构成、电极的熔化和滴落等一系列的经过，金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物化反应，从而消除金属中的杂质和非金属物质。钢锭由上而下慢慢凝固，金属熔池也在不断慢慢上移，上升过程中的渣池使水冷晶器的内壁和钢锭两者之间形成一层渣壳，它不但能使钢锭的表面平滑光洁，并且也能使径向的导热性能下

降，有利于自上而下按顺序的结晶，改进钢锭里面的结构组织。

（2）特点：a、金属的熔化、浇铸、以及凝固都是在一个比较纯净的环境种完成的。b、具有较好的冶金反应的动力学和热力学条件。

c、自下而上的次序结晶前提，保障了重熔金属结晶组织的均称的致密性。

d、在钢锭和水冷结晶器两者之间构成薄而平均的渣壳，具有确保重熔钢锭外表的光洁性的功用。

1.3.2电渣重熔技术在中国的发展及应用

1958年9月初我国的冶金部建筑研究院电渣组在研究电渣焊焊接轧机机架时,为了消除焊缝热裂缝,采用在低碳钢板上涂铁合金粉末作自耗电极,在进行电渣焊时,获得了成分和内部结构比较均匀的合金钢焊缝，因此受到启示,于1958年12月9日将铁合金粉末涂在碳钢棒的一端作自耗电极,采用高炉风管作水冷结晶容器,冶炼出了合金工具钢。

1961年11月全国第1届电渣冶金会议在重庆召开了,总结了大批量生产合金工具钢的经验,并推荐了单臂固定式和双支臂电极交替连续抽锭这两种炉型,成立了全国电渣冶金协会。1963年底我国的冶金部将设备调入了钢铁研究院并筑建研究院电渣组,延续采用同位素去除的方法研究电渣重熔过程去除夹杂机理,并研究新的炉型———三相电渣炉,分别为为齐齐哈尔10t三相电渣炉、上钢三厂板坯电渣炉的、太原钢铁公司515t三相电渣炉建立提供技术设计。

1964年6月我国的冶金部又一次在重庆召开了第2届全国电渣冶金会议。这时全国各地的工业电渣炉已经达到了21台,生产钢的种类高达54个之多,会议研究了三相电渣炉存在的一些弊端和问题,拟定了各项电渣重熔技术的各项经济技术指标,提出电渣重熔生产车间化。1960年北京量具刃具厂在北京钢铁学院帮助下建立了单相双极有衬电渣炉。

1965年初在上海重型机器厂组建了1台三百吨电渣炉,后因技

术指标达不到规定要求，自耗电极采用螺丝联接重熔时掉块,影响铸锭质量而被拆除。北京钢铁学院与上海重型机器厂合作,在1981年的时候创建了二百吨级别的电渣炉,结晶器直径长达218m,实际生产锭重可达到二百零五吨。德国萨尔SaarstahlGmbH钢厂的电渣炉,它的结晶器直径为212m,重熔最大锭重约为65t。前苏联在新西柏利亚曾经建了一个250t的电渣炉,延续10年之久,最终因技术原因而终止。最近美国Consarc公司为日本提供了一台大电渣炉,锭重为100t。

在1988年4月美国圣地亚哥召开的第9届国际真空冶金会议上,讨论了全世界在1961～1988年的27年间对特种熔炼做出突出贡献的36个单位,中国占了3个,它们是:钢铁研究总院、上海重型机器厂、北京钢铁学院；对38名有突出贡献的个人授奖,中国有5人:李正邦、刘海洪、朱觉、林宗棠和傅杰。并争取到了在1990年的国际会议在我国召开，1990年8月在潍坊召开了我国第6届电渣冶金会议,总结了30年来的我国在电渣冶金方面的经验和成果。电渣重熔合金钢广泛用于轴承钢、高速钢、高温合金的强度高、耐高温、耐腐蚀、以加工的工具材料的应用。

1.4论文研究目的及意义

在钢结硬质合金的研究目标和近况可知，在与发展趋势的钢结硬质合金的现状研究，它继承了所有的优势，钢和硬质合金包括：高耐磨硬质合金，高强度、高硬度，以及钢的可加工性、可焊接性和可热处理性。但是由于现在的钢结硬质合金的制作工艺还不成熟，而且对钢结硬质合金的影响因素还没有完全搞清楚，所以本文对因硬质合金钢进行了一些研究，并对研究过程存在的问题进行了讨。目前国内在这方面的研究不是很成熟，我们希望通过这次研究能对热处理工艺及钢结硬质合金的性能有一些了解和加深，以后能更好、更快的从事这方面的工作，为以后我国在钢结硬质合金中的发展贡献一点微薄之力。

1.5研究内容及技术线路

1.5.1研究内容

本实验包括以下几个主要研究内容：

（1）电渣重熔DT40钢结硬质合金的热处理研究

高耐磨性，高的硬度和钢合金的刚度与硬质合金和钢，热处理，在钢的热处理工艺结硬质合金，硬质合金相不变，只是粘结相（钢）的组织结构会发生相应的变化，从而能使整个合金的物化性能发生变化。

（2）DT40钢结硬质合金的金相组织

硬的钢结硬质合金氮化物，硼化物，碳化物相复合，复合合金钢的粘合剂，其用途广泛，特别是用于制造的工具，并且钢结硬质合金能够经过采取不同温度的淬火+回火工艺来提高其机能，将试验获得的样本放在万能试验机上进行弯曲实验和冲击实验，来测试其抗弯强度和冲击韧性，在洛氏硬度机上测试其硬度，在磨损试验机上测试其耐磨性。在MM6型显微镜下察看金相组织，在电镜下观察组织描摹和断口，在X射线上进行物相分析和残余奥氏体的测定。在一系列的实验结果下，对钢结硬质合金的组织及性能进行分析，的出实验结论。

1.5.2研究线路

切割实样→淬火→磨抛→测硬度→回火

↓

结论←镜像←磨擦磨损←测硬度←磨抛

第2章实验原料及试验方法

2.1实验原料

80-1400型号沙纸、抛光粉、DT40钢结硬质合金、它的主要成分是5CrNiMo其化学成分（GB1299-1985）w/%：

C Cr Ni Mo Si Mn S P WC

0.3 0.3 0.15 0.1 ≤

0.03 ≤

0.02

≤

0.03

≤

0.02

0.3-0.4

在本试验中用条块形试样做硬度测试和成分、金相等其他试验进行分析。

2.2试验设备

电渣重熔DT40钢结硬质合金材料试样、磨抛机MOPaoTM 160E、HR-1500洛氏硬度计、硬度测验仪HARDNESS TESTER TIME TH300、SX2-4-1箱式电阻炉、数码显微镜OLYMPUS(奥林巴斯)、脱脂棉、酒精、硝酸、表面粗糙度测量仪、电火花切割机、XRD分析仪光学显微镜、电子分析天平、多功能摩擦磨损试验机等等。

2.3性能测试方法

2.3.1密度和相对密度

在钢结硬质合金研究实验和生产中，所有的材料都要进行密度测试，因为密度的大小可能直接影响结烧制品的质量。根据阿基米德原理

相对密度是材料致密程度的重要体现，在很大程度上能反应结烧的质量，同时对结烧材料的性能和组织都有很大的影响。

2.3.2显微硬度

硬度测试仪器（如下图1）：洛氏硬度实验法

图1

硬度测试方法：将冷却至接近室温的试样在砂轮机上打磨，去掉表面氧化层。用80#-360#砂纸将试样表面磨平。然后，将样品放在洛

氏硬度计（型号HR-1500）的载物台上，采用洛氏硬度C标尺盘测量样品硬度（硬度计压头为金刚石，量程20-70HRC，加载载荷为150kg）。在试样上不同位臵取5-6个点，若这几个点硬度值相差不大说明组织较为均匀，测3组样品，最后对测量值求其平均值。

2.3.3耐磨性

试验步骤：

1.用丙酮在超声波中清洗试验材料，然后用脱脂棉球对磨抛的平面进行擦拭，最后用热风吹干待用;

2.将试验材料安装在夹具中，并固定在摩擦试验机；

3.先进行表面粗糙度的测试；

4.用双面胶把圆盘固定于摩擦试验机；

5.在实验载荷和速度下，开动电动机驱动主轴转动；

6.试验时间达到设定时间时，关掉电源，卸去载荷取出试样并清洗试样表面；

7.用光学显微镜进行测量材料的磨斑直径，以及显微镜观察圆盘的磨痕宽度及其深度，取其平均值。

将钢结硬质合金材料的式样用电火花切割机（如图2）

图2

进行切割，切成大概为10mm×10mm×10mm的小方块，对表面进行处理（粗磨、细磨、抛光等），采用M-2000型的摩擦磨损试验机进行测试钢结硬质合金的耐磨性（如图3）

图3

载荷为5Kg，试验时间分别为0.5、1、2、3和4h，磨损参考量主要有体积磨损量（V）和磨损率（ω），其表达式为：

在一定条件下，在给定的磨损时间内，材料的磨损率的表达式为：

2.4组织结构分析方法

2.4.1X射线衍射分析方法

实验原理

布拉格方程：2dsinθ=nλ

本论文中所做的XRD分析主要是为了分析合金中的物相，实验室吧抛光后的合金试样在X射线分析仪上进行衍射分析，为了能够确定合金中具体的碳化物相，又把钢结硬质合金经萃取得到的颗粒进行了XRD分析。

实验步骤：1、开总电源。2、开电脑，开循环水。3、安装试样，设臵参数，并运行Xray衍射仪。4、Xray衍射在电脑上生成相应的数据，并保存数据。5、利用orgin软件生成Xray衍射图谱，并依次找出峰值的2θ，并与书本中的标准图谱比较，比对三强线的2θ，确定试样中存在的相。

采用德国的D8 ADVANCE型号的X射线衍射器（如图4），

2021年电渣重熔原理

2 电渣重熔原理 欧阳光明（2021.03.07） 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.sslcm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 3001C。显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属

膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。(5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力

电渣重熔工艺简介

电渣重熔 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次 重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提 出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于 航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。生产的品种包括：优质合金钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金以及铝、铜、钛、银等有 色金属的合金。1980年世界电渣重熔钢生产能力已超过120万吨。中国1960年建成第一 座电渣炉,其后得到很大发展。最大的是上海重型机器厂电渣炉，钢锭重达200吨。 电渣重熔基本过程如图所示。 在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属 熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热， 将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢- 渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通 过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭 凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的 渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更 多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢 锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使 用寿命延长。 电渣重熔设备简单，投资较少，生产费用较低。电渣重熔的缺点是电耗较高，目前通用的 渣料含CaF较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置

电渣重熔原理

2 电渣重熔原理 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.ssl-cm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 2.2 渣成分和渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化

大型电渣重熔值得注意的几个问题

大型电渣重熔值得注意的几个问题 No.1 January2011 《大型铸锻件》 HEA VYCASTINGANDFORGING 大型电渣重熔值得注意的几个问题 向大林 (上海重型机器厂有限公司,上海200245) 摘要:大型电渣重熔作为生产100t以上直至300t重大锻件用巨型钢锭的理想方法,正在被更多的人们所 关注.本文回顾了电渣重熔的大型化缘起和发展.根据200t级电渣炉的实践经验,讨论了大型电渣重熔一些 值得注意的问题,如设备与工艺,特大电流短网,低氢控制,均匀性控制等. 关键词:大型电渣重熔;200t级电渣炉;设备与工艺;大电流短网;低氢控制;均匀性控制 中图分类号:TFI4文献标识码:B SomeProblemsMeritingAttentioninLarge—scaleESR XiangDalin Abstract:Large—scaleESRisbeingspreadasanidealprocessofmanufacturinggiganticingotsfor100tupto3O Ot monoblockforgings.Originanddevelopmentoflarge—scaleESRwerelookedbackinthispaper.Someproblemsmeriting attentioninlarge—scaleESR,suchasequipmentandtechnology,excessivecurrentshoanet,lowhydrogencontr ol,homo- geneitycontroletc.,werediscussedonthebasisofproductionpracticeofthe200t-classESRfu

电渣重熔渣系选择的工艺探索

电渣重熔渣系选择的工艺探索 攀钢钢城企业总公司冶炼厂王宾陈涛李艳丽 【摘要】通过大量的工艺实践探索 , 掌握了电渣重熔渣系对脱硫、脱磷和合金元素烧损和生产效率的关系 , 提出了根据不同钢种选择渣系的方法。 【关键词】电渣重熔渣系工艺 1前言 电渣重熔过程中 , 熔融渣池起着重要的作用 , 因此在整个重熔过程中 , 渣池成分、温度、深度、 态下。 方法 , , 又 、熔点、表面张力、粘度、氧化性等与重熔金属品种相适应的最佳条件下进行 , 因此对渣系进行适当的选择调整是十分必要的。我厂有 250K VA 的电渣重熔炉 2座 , 主要生产电工纯铁、高速工具钢、模具钢电渣重熔锭。长期以来一直选用 CaF 2∶ Al 2O 3=7∶ 3的渣系 , 生产实践表明, “三?七渣系” 对不同钢种在纯净度、合金元素的损耗、 P 、 S 等有害元素的去除、生产效率、产品质量、电耗等方面作用是不相同的。为了摸索电渣重熔渣系选择的较好方案 , 我们对电渣重熔的渣系选择进行了一定的工艺探索。 2电渣重熔用渣系所要求的主要基本特性和成分 电渣重熔用渣系的各种特性 , 取决于其主要成分 CaF 2、 Al 2O 3、 CaO 等 , 以及加入渣中的氧化物 , 碳酸盐等 , 渣中加入氧化物 , 会降低电导率和电耗 , 提高熔点和粘度。

熔点下降 , 会使电导率上升 , 使钢锭产生空洞、气孔、夹杂等缺陷 , 提高熔点将降低电导率 , 妨碍脱硫反应 , 100~200 , , 。 (例如在 CaF 2量多 , 粘 0110~0115泊的渣子 , 和 Al 2O 3量多 , 粘度为0110~0115泊的 , 采用后者夹杂物有所增加。 为了防止熔渣卷入金属内 , 熔融金属和熔渣之间应具有足够大的表面张力以及对非金属夹杂物相适应的高吸附能力。 CaF 2含量少及 Al 2O 3、 CaO 含量高时 , 具有大的表面张力 , 因为 Ca +与 F -结合能比 O -结合能力小的缘故 , 此外氧化物渣子对于刚玉、石英玻璃具有较好的吸附能力。 3电渣重熔锭质量和渣系成分关系工艺探讨 为了探索电渣重熔过程中脱硫、脱氧和合金元素变化 , 杂质去除等行为 , 以及它们和渣料成分关系 , 我们采用高速钢 W9M o3Cr4V 、 W6M o5Cr4V (M2 、电工纯铁 (DT4、 DT3 、通过变换渣系 , 对电渣重熔、脱氧、脱硫等行为进行了生产实践工艺探索。 311电渣重熔脱硫机理。脱硫是电渣重熔的重要特征之一 , 其按照下列反应进行 :①硫由金属向渣中转移的行为 : [S]金属 +(O 2- 渣 [[O]金属 +(S 2- 渣 ? ②转移进渣中的硫和大气中氧反应而逸出 :

电渣重熔原理

共享知识分享快乐 电渣重熔原理2 2．1 渣池 熔化、然后被加热、电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 应该确也就是通常的电阻发热定律。因此，重熔过程中热量通过焦耳效应产生，所用的大多数渣的电阻率在熔保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。。显然，，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C炼温度下为0.2.0.ssl-cm 在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 熔渣对于非金属材料来说是熔剂 (2)当金属电极进入到渣池中时，电极端部达 到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。暴露的非金属夹杂当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂这里金属膜条件对于快重熔过程中的化学反应 主要部位是电极端部渣／金界面，速反应是最理想的。涟起保护金属 免受污染的作用(4) 被熔由于金属在渣下熔化和凝固，渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。而这种氧化在常规工艺中是不可避免化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣至少在稳定操作这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，壳。条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。它的熔化温一般情况下，为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。200 度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一-- 300又保证反应渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，定界限内调整。物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望渣的黏这一点也非常重要。反应的发生，因为这些反应会造成微量

电渣重熔原理

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2 电渣重熔原理 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 渣成分和渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1203)、二氧化硅（Siq）为主，其他元素可少量存在，如二氧化钛M OZ）或氟化镁(MgF2 )。本书采用将Ca凡先列出来，在它的质量分数之后加上“F’’。余下的组成（即氧化物）按照CaO, Mgo, A1203, Siq且碱度降低的顺序列出，并且只列出质量分数。通用公式是 a F/b/c/d/e，即 a＝w (CaF2) b＝w (CaO) c＝w (Mgo) d＝w（Al2O3） e＝w (SiO2)如60F/10/10/10/10渣含60％的CaF2，余下的每种成分均为10%。又如 50F/20/0/30渣含 50 % CaF2, 20 % CaO, 30 % A1203,无Mgo。当完全按照这种方法叙述成分时，如果 w(Siq)二0，就不必将之表示出来了。表就是用这种方法列出的常用渣。[18] CaF2-CaO-A12仇渣系

大型锻造用电渣重熔锭的冶炼工艺

大型锻造用电渣重熔锭的冶炼工艺 天津赛瑞机器设备有限公司 闫崇榜林军福王刚刘元飞 158********yanchongbang@https://www.wendangku.net/doc/7b14249853.html, 摘要：结合大型筒形锻件产品的使用环境和技术条件，对大型电渣锭的电渣重熔工艺的编制进行了讨论。重点阐述了三相电渣炉生产大型电渣锭时，工艺参数的设定原则和经验，并结合生产产品的生产技术指标对工艺的合理性进行了评价。为今后此类产品的生产积累了经验。 关键词：筒形锻件大型电渣锭三相电渣炉工艺参数 The Process of ESR Large Ingot with Forging Tianjin SERI Machinery Equipment Corporation Limited YAN Chong-bang,LIN Jun-fu,WANG Gang and LIU Yuan-fei Abstract:The use of environmental and technical conditions of this combination of large tubular forgings products,preparation of large ESR ingot electroslag remelting process was discussed.Focuses on the production of large three-phase electroslag ingot,setting principle and experience of process parameters,Combined with the production index of the production technology products of technology rationality was evaluated.Accumulate experience for future production of such products. Key words:Cylinder forging；Large electroslag remelting ingot；Three-phase electroslag furnace;process parameters 1引言 电渣重熔在中型及大型锻件生产中，处于优势地位[1]。随着国内大锻件生产能力的逐步增强，市场对电渣重熔锻件的需求量也逐渐增大。在各种大型设备上，凡是较为关键的部件或主要受力部件都会采用大型锻件，复杂恶劣的工作环境，要求其必须拥有可靠性及安全性等特点，这也决定了大型锻件必须有着过硬的机械性能和超声波探伤等质量指标。为了满足这些指标，又畏于大型铸锭的缩孔、疏松、偏析、夹杂物聚集等冶金缺陷，大多数厂家会选用电渣重熔锭作为原材料进行生产。 本文所述的大型电渣锭用于一种筒类锻件的生产，该锻件将用于一种大型挤压机，并且是该挤压机的关键部件。该产品生产难度较大，国内关于大型电渣锭的生产经验较 1 第页；共8页

冶金原理自己总结

冶金原理自己总结 冶金原理自己总结 1.熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成的熔体。 2.熔渣组分的来源:矿石或精矿中的脉石; 为满足冶炼过程需要而加入的熔剂; 冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物;被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料. 3.冶炼渣（熔炼渣）:是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中生成的 主要作用汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）中的全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属、熔锍等）分离。4.精炼渣（氧化渣）:是粗金属精炼过程的产物。 主要作用捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。5.富集渣:是某些熔炼过程的产物。 作用使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。6.合成渣:是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制的渣料熔合而成的炉渣。如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣等。这些炉渣所起的冶金作用差别很大。 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质、吸收非金属夹杂物。 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。

7.熔渣的其它作用: 作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质; 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸的最高温度;在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂; 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中的溶解。8.熔渣的副作用: 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷;炉渣带走了大量热量;渣中含有各种有价金属. 9.熔盐盐的熔融态液体通常指无机盐的熔融体 10.熔锍多种金属硫化物（如FeS、Cu2S、Ni3S2、CoS等）的共熔体.11.从平面投影图绘制等温截面图步骤： 将平面投影图中给定温度以外的等温线、温度高于给定温度的部分界线（fe1）去掉 将界线与给定温度下的等温线的交点（f）与该界线对应二组元的组成点相连接，形成结线三角形（BfC） 去掉余下的界线（Ef，Ee2，Ee3）在液固两相区画出一系列结线标出各相区的平衡物相 用“边界规则”检查所绘制的等温截面图12.加速石灰块的溶解或造渣的主 要措施：降低炉渣熔化温度提高熔池温度加入添加剂或熔剂（如MgO、MnO、CaF2、Al2O3、Fe2O3）等。增大渣中∑FeO含量 显著降低C2S初晶面的温度；

电渣重熔

电渣重熔免费编辑添加义项名 材料 电渣重熔钢（electroslag remelting）是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。 中文名称 电渣重熔 外文名称 electroslag remelting 主要目的 提纯金属 热源 主要目的 锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、 钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。 电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。电 渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺 的设备条件。 主要产品

电渣重熔的产品品种多，应用范围广。其钢种有:碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。 主要作用 电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。 应用成果 近些年来，电渣熔铸新工艺逐渐引起了国内外工程技术界的重视，许多工业部门在加紧研究和使用电渣熔铸产品。在发展这项新工艺方面，原苏联、日本和美国的研究成果较多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英国、瑞典和法国。东北大学电冶金研究室在发展电渣熔铸新工艺以及研制使用它的异型件方面取得了以下成果:? 电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和柴油机曲轴等。 目前，国外著名的电渣炉制造厂家，如美国的CONSARC、德国的ALD和奥地利的INTECO等公司均采用基于PLC和工控机的2级计算机控制系统，能实现整个重熔过程的设备和工艺的全自动控制。 东北大学从20世纪90年代开始研制以液压传动或滚珠丝杠传动为核心的新型机械设备，以工控机和PLC为硬件，以专家控制为软件的智能化计算控制系统的新一代电渣炉，目前已有近20台设备成功应用于国内的工业生产中，使用效果良好。 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。

电渣重熔原理

2 电渣重熔原理 2.1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分就是熔池。金属从熔池上方进入渣池,然后被加热、熔化、精炼与过热,并且承受振动、搅拌与电化学作用。因此,形成渣池并使其保持在合适的条件下,显然就是很重要的。渣有如下几方面的作用。 (1)发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生,也就就是通常的电阻发热定律。因此,应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0、2、0、ssl-cm ,熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。显然,在该温度下,渣既要呈液态,又要稳定,所以重熔电流、电压、渣池深度与渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说就是熔剂 当金属电极进入到渣池中时,电极端部达到其熔化温度,就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时,熔化的金属在汇聚成熔滴的同时,暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此,渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质,为此,在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣就是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位就是电极端部渣／金界面,这里金属膜条件对于快速反应就是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说,起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化与凝固,被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化,而这种氧化在常规工艺中就是不可避免的。另一方面,由于熔渣可以传递反应物质,如氧与水蒸气,所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下,那么熔渣与结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用,金属锭在衬里形成并凝固,至少在稳定操作条件下,渣壳起着上述作用。在环形结晶器(短模)情况下,锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用,渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下,它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点,一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率就是其成分的函数,只要不就是明确地影响化学要求,可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生,又保证反应物留在渣里;对于硫,其反应产物应能排到大气中去。另外,渣应能抑制不希望反应的发生,因为这些反应会造成微量元素的损失,这一点也非常重要。渣的黏度(其值一般在毫帕秒范围内)影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间与熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小,这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 2、2 渣成分与渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙(Ca凡)、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1203)、二氧化硅(Siq)为主,其她元素可少量存在,如二氧化钛M OZ)或氟化镁

电渣重熔过程中氧的控制

电渣重熔过程中氧的控制 电渣重熔作为一种精炼手段在生产优质钢的方面具有独特的优点，它的优点之一就是能够有效的去除钢中的非金属夹杂物。实践表明，在重熔过程中，自耗电极中的原始夹杂可以去除，重熔钢中的夹杂主要是金属熔池冷却结晶过程中新生成的。由于非金属夹杂物的存在，严重的影响了钢的强度、塑性等力学性能。大量实践表明，钢中的氧化物夹杂与氧含量有着直接的关系（如图），氧化和还原是化学反应的两个方面，一个元素被氧化，必然伴随着一个元素的还原，在重熔过程中，钢中活泼元素如Al、Ti、Ce、B等，经常会因为氧化而损失。如何防止活泼元素的氧化，是电渣重熔的重要冶金问题之一。 一、电渣过程中氧的来源 电渣重熔过程中氧通过下述途径进入熔渣及钢液[1]： （1）原始电极钢中溶解的氧及电极中不稳定的氧化物在高温时分解放出的氧

（2）电极表面生成的氧化铁皮随电极的重熔带入渣中的氧 （3）氧直接从大气中通过渣池转移到金属熔池 （4）渣中不稳定氧化物带入金属熔池中的氧 二、熔渣的传氧 实践表明，当原始电极中的氧含量较低时，电渣冶金实际是一个增氧过程，增氧的程度与渣系的选择密切相关。W.W.Holzgruber等人通过对惰性气体保护下用不同氧分压及不同渣系分别重熔304不锈钢的含氧对比试验的结果进行分析后得出结论，大气中的氧能透过渣层进入金属中，其氧含量随大气中氧分压的增加而增加，另外不同的渣对氧有不同的透气性，并且其透气性与渣的稳定性相一致，即在惰性气氛下重熔时，钢中氧含量高的渣，其透气性也高。 许多实验已证明，由稳定性低的氧化物所组成的渣重熔的钢含氧量高；而由稳定性高的氧化物所组成的渣重熔的钢含氧量低。熔渣的传氧方式主要由渣中不稳定的变价氧化物传递，如Fe、Ti、Mn 、Cr 等低价氧化物，在渣池表面吸收大气中的氧，形成高价氧化物。这些元素的高价氧化物在渣池和金属熔池界面放出氧，变成低价氧化物，氧从而进入钢中，这一反应是一个循环过程。以Fe的氧化物为例，其全部化学反应如下： 2（FeO）+1/2 O2→(Fe2O3) (Fe2O3)+[Fe]→3(FeO) (FeO)→[Fe]+[O]

2013年3月9日金属材料国内外进展状况

战略性新兴产业-新材料领域 金属专题材料的国内外总体发展情况目前我国正处于国民经济建设转型期，随着经济增长方式的转变和产业结构调整，重点推动节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个战略性新兴产业快速发展。这些新型产业的发展对金属材料设计、强韧化和长寿化机理、制备工艺和服役行为等提出了更高的要求。 本课题为金属材料组，我国的七个战略性新兴产业中使用到的金属材料包括：钢铁材料及有色金属材料，主要为高端装备制造、新能源等产业提供基础材料。 1．本专题材料的国外总体发展情况 （1）本专题材料的国外发展现状 高端装备制造主要包括航空产业、卫星及应用产业、轨道交通装备业、海洋工程装备以及智能制造装备五个细分领域。 航空产业、卫星及应用产业主要以有色金属为主，由于有色金属新材料在发展高技术、改造和升级传统产业以及增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，世界各先进国家都非常重视材料的研究发展及产业化技术开发工作。随着我国等发展中国家制造业的兴起，低端有色金属材料的生产加工正逐步转向发展中国家，但日本、美国、德国、俄罗斯等发达国家在新型有色金属材料领域仍然保持着技术资本的领先优势，一些关系到高技术工业的高性能有色金属结构和功能材料一直占据着垄断地位。美铝、德铝、法铝等世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域占据世界主导地位，是全球航空航天、交通运输等领域轻质高强材料的供应主体；全球钛加工企业经过联合和兼并，已向着集团化、国际化的方向迈进了一步，形成了美、日、独联体三足鼎立的局面。美国的Timet、RMI 和Allegen Teledyne等三大钛生产企业的总产量占美国钛加工总量的90%，它们也是世界航空级钛材的主要供应商。日本的三菱、古河以及美国的奥林等企业则主导着全球高强高导铜合金市场，凭借技术先导优势赢得了高额利润和竞争优势。

电渣重熔的发展及其趋势

电渣重熔的发展及其趋势 李孝根 内蒙古科技大学材料与冶金学院09冶金2班 0961102226 摘要：简要地回顾了电渣重熔工艺在近几十年的发展与创新。对电渣重熔技术发展过程中的一些重要工艺，如快速重熔、保护气氛下的电渣重熔等进行了简单的描述。这些技术在改善传统电渣冶金工艺局限性的同时，进一步发挥了电渣重熔的优越性，使电渣重熔显示了更宽广的应用前景。并简要地讨论了电渣重熔工艺在21世纪的发展趋势。 关键词：电渣重熔导电结晶器电渣快速重熔保护气氛下的电渣重熔 Development and Tendency of Electroslag Remelting Abstract ：The development and achievement of technology of Electroslag Remelting (ESR) in near decades has been reviewed briefly in this text. Some important technologies in the evolution of ESR， such as Electroslag Rapid Remeltiong (ESRR) ，Electroslag Remelting under gases ， etc. were introduced briefly . With the development of these techniques， which avoid some disadvantages existing in the traditiongal ESR， the ESR is entitled to wider range application. And the development trend of the technology of ESR in the 21th century is discussed. Key Words ： ESR ，Current conductive mold(CCM) ，ESRR ，ESR under gases 前言 电渣重熔是一种在世界范围内广泛应用于优质钢生产的重熔工艺。在它应用于生产实践的几十年中证明了它在生产高品质精细钢中的重要性。在早期阶段，该工艺能有效地脱氧脱硫，再加上控制凝固的作用，使非金属夹杂物的分布特性大为改善。随着电渣重熔技术的发展和应用，冶金工作者开始认识到，电渣重熔工艺的最重要的特性是可以控制凝固，并能通过控制熔化速率来改善重熔钢锭的宏观和微观组织，而这一点是其他二次精炼技术所无法实现的。 当前，随着市场对高品质精细钢材的需求不断增加，电渣重熔工艺更广泛应用在生产实践中，其技术得到了更大的创新和发展，工艺也日渐成熟。作为一种特殊的二次精炼技术，在新的世纪中必将得到更大的发展。目前，电渣重熔已从

电渣重熔学习

上海白鶴華新麗華特殊鋼製品有限公司 技術科 2006-8-3

前言 電渣冶煉技術在特種冶煉領域有著重要的地位﹐它以較低的成本和簡單易行的操作方式贏得了廣大特種冶煉鑄造廠家的喜愛﹐特別是最近幾年來﹐隨著科技﹑國防高新技術領域的發展﹐對高品質鋼材的需求量越來越大﹐電渣重熔技術逐步受到了各個行業的青睞﹒ 本手冊僅供我司新進參考閱讀﹐由於時間倉促﹐個人水準有限﹐難免有許多不足和缺憾﹐希望讀者多提寶貴意見﹐以便進一步完善修正﹒

一﹑電渣重熔技術概述 1﹑電渣重熔的基本原理 ○1電極，○2渣池，○3金屬液滴，○4金屬渣池，○5渣皮，○6鋼錠，○7結晶器，○8底 12結晶器台車。 10短網，○11變壓器﹐○ 水箱，○9夾頭，○ 定義：把常規方法(電弧冶煉、感應爐冶煉)煉製的鋼材，在水冷結晶器中進行二次精煉的一種工藝。 基本原理：通過渣阻產生的熱能熔化電極，熔滴通過渣池到金屬熔池﹐通過水冷結晶器結晶的過程。 2﹑電渣重熔的特點 電渣重熔過程中，自耗電極熔化，形成熔滴，在渣中過渡，液態金屬與熔渣進行充分的冶金物化反應，主要功能是去夾雜、夾渣，在底部水冷和渣池的保溫條件下，快速軸向凝固結晶。 （1）鋼渣之間充分的物化反應，提高了鋼液的純淨度； （2）鋼錠軸向性，結晶組織發展提高鋼的緻密性和組織成分的均勻性；（3）渣皮保護，鋼錠表面品質良好； （4）設備簡單操作方便。 3﹑電渣爐的地熱源及熱分佈 3.1、電渣熱源 （1）電弧爐：熱源為弧光熱； （2）感應爐：又叫中頻爐，電流頻率在2000Hz，熱源為渦流自感熱；

（3）真空電弧爐：熱源為弧光熱； （4）真空感應爐：熱源為渦流自感熱； （5）電渣爐：熱源為渣阻熱。 3.2、電阻熱 Q=0.24I2Rt=0.24UIt（卡）， Q—渣熱，單位卡， I—電流，單位A， R—熔渣電阻，單位Ω， U—熔渣電壓，單位V， T—重熔時間，單位S。 因為電渣重熔過程中，渣系大多為三/七渣系，其電阻率基本固定，其熔化速率可調因素是電流，因此電渣重熔的過程主要是控流的過程。 4﹑電渣爐的熱分佈 4.1、熱能分佈圖 ?1電極帶入金屬熔池的熱，為有效熱源； ?2渣料傳給結晶器的熱量，為無效熱能； ?3鋼錠傳給結晶器的熱量，為無效熱能； ?4鑄錠儲熱，對鋼錠凝結不利的熱能； ?5底水箱帶走的熱能，為無效熱能； ?6、7渣池輻射給大氣和上部結晶器的熱能； ?8輻射給自耗電極的熱能，為有效熱能，預熱電極。 4.2、充填比對電耗的影響 以同一電渣爐，同一結晶器（Φ300mm）為准：

电渣重熔原理

２电渣重熔原理 ２.1 渣池 电渣重熔工艺得核心部分就是熔池。金属从熔池上方进入渣池,然后被加热、熔化、精炼与过热,并且承受振动、搅拌与电化学作用。因此,形成渣池并使其保持在合适得条件下,显然就是很重要得。渣有如下几方面得作用、 (1)发热元件得作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生,也就就是通常得电阻发热定律。因此,应该确保渣阻与供给功率得电压、电流之间得正确平衡。所用得大多数渣得电阻率在熔炼温度下为0、2。0。ssl-ｃｍ,熔炼温度通常比金属熔化温度高200 －—30０１C、显然,在该温度下,渣既要呈液态,又要稳定,所以重熔电流、电压、渣池深度与渣电阻率之间得关系很复杂。好得电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。(2)熔渣对于非金属材料来说就是熔剂 当金属电极进入到渣池中时,电极端部达到其熔化温度,就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时,熔化得金属在汇聚成熔滴得同时,暴露得非金属夹杂将溶解在渣里。因此,渣得成分必须能溶解杂质而又不影响其性质,为此,在重熔时必须采取连续调整渣成分得步骤。 (3)渣就是电渣重熔工艺得精炼剂 重熔过程中得化学反应主要部位就是电极端部渣/金界面,这里金属膜条件对于快速反应就是最理想得。 (４)涟起保护金属免受污染得作用 渣对于反应成分来说,起着传递介质得作用、由于金属在渣下熔化与凝固,被熔化得金属绝不会与大气接触而被直接氧化,而这种氧化在常规工艺中就是不可避免得。另一方面,由于熔渣可以传递反应物质,如氧与水蒸气,所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下,那么熔渣与结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬得作用,金属锭在衬里形成并凝固,至少在稳定操作条件下,渣壳起着上述作用、在环形结晶器(短模)情况下,锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用,渣必须具有某些相当明确得性质、一般情况下,它得熔化温度应在被熔化金属得熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点,一般约高200 -—３０0℃。渣得电阻率就是其成分得函数,只要不就是明确地影响化学要求,可在一定界限内调整。渣得成分应该既保证所希望得化学反应能快速发生,又保证反应物留在渣里;对于硫,其反应产物应能排到大气中去。另外,渣应能抑制不希望反应得发生,因为这些反应会造成微量元素得损失,这一点也非常重要。渣得黏度(其值一般在毫帕秒范围内)影响熔滴在渣中得停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等、渣与金属得密度差也同样影响熔滴停留时间与熔滴大小。渣与金属间得表面张力应该比较小,这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属得分离且增加夹渣危险、表面张力也影响杂质溶解机理。 2、2 渣成分与渣组成 电渣重熔渣得成分通常以氟化钙(Ｃa凡)、氧化钙(CaＯ) ,氧化镁(Mgo)、三氧化二铝(A1２0３)、二氧化硅(Sｉq)为主,其她元素可少量存在,如二氧化钛M OＺ)或氟化镁(MgF2 )。本书采用将Ｃa凡先列出来,在它得质量分数之后加上“F’’。

电渣重熔ESR

电渣重熔（ESR） 早在20世纪30年代，ESR就已为人所知，但是它作为公认的大批量生产高质量钢锭的工艺，却经过了约30年的时间。ESR技术的优势不仅在于生产较小重量的工具钢和高温合金的钢锭，而且在于生产重型锻锭，粗锭重量可达165吨。 大视图 大视图 大视图 1. 16吨PESR炉，最大压力16 bar， 2. 20吨ESR炉，能够在保护气氛中进行熔炼， 3. 165吨ESR炉 工艺技术和工艺特点 VAR需要真空进行精炼，但在ESR中，熔化电极浸在水冷铸模的渣池中。电流（通常为AC）通过电极和即将成型的钢锭之间的熔渣并加热熔渣，从而金属滴在电极上熔化。熔化的金属滴穿过熔渣到达水冷铸模的底部，在这儿进行凝固。当钢锭形成后，渣池向上移动。新的精炼材料钢锭在铸模底部慢慢形成。它均匀定向地凝固，避免了中心凝固不佳，这在传统的钢锭铸造中时有发生，因为它们从外向内凝固。 一般来说，ESR提供了非常高的、一致的和可预测的产品质量。精确控制的凝固过程，使结构完整，无缺陷。由于在钢锭和铸模壁之间形成了一层凝固的波薄渣皮，从而提高了钢锭表面的质量。这就是ESR被认为是生产当今工业中的高性能高温合金的首选方法的原因，例如用于航空航天、核工和和重型锻造等。所得到的都为高纯度的钢锭，这在若干年前还未听过。其它工程领域也以“高技术”先驱为榜样，坚持利用最先进和最复杂的设备通过ESR 得到更新更高的纯度。 电渣重熔冶金 由于过热熔渣与电极端部持续接触，将在电极端部形成一层金属液膜。当正在形成的金属液穿过熔渣，利用与熔渣的化学反应或通过物理浮动至熔池顶部将清除金属内的非金属杂质使金属得到净化。在ESR中的剩余夹杂物尺寸很小，并且均匀的分布在重熔钢锭上。 用于ESR的熔渣通常主要为氟化钙（CaF2）、氧化钙（CaO）和三氧化二铝（Al2O3）。有时需加入氧化镁（MgO）、二氧化钛（TiO2）和二氧化硅（SiO2），这取决于将要重熔的合金。为了具有所需要的功能，熔渣必须具有精确定义的属性，比如： ? 它的熔点必须高于重熔的金属的熔点； ? 必须有效节约电能； ? 它的组成必须保证能够进行所需的化学反应；