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电渣重熔技术研究思路与系列成果
添加时间:2020-08-07 07:42:38

针对传统电渣重熔耗能高、氟污染严重、效率低、产品质量不稳定,高性能大单重厚板无法满足高端装备的材料需求等问题,项目组历经十余年产学研合作研究,采用“基础研究-关键共性技术-应用示范-行业推广”全创新链的研发模式,系统研究了电渣重熔过程炉渣物理化学性质、渣--气反应以及电制度等对其过程的电场、磁场、流场和温度场,以及气体(氢、氧)、非金属夹杂物和钢锭凝固组织的影响机理和规律,开发了绿色高效的新一代电渣重熔成套装备和工艺技术,全面解决了传统电渣重熔存在的主要问题,实现了电渣重熔生产大幅度的节能减排,显著提高了生产效率和降低生产成本,全面提升了电渣钢的产品质量,开发了一系列高品质特殊钢品种。

电渣快速重熔技术

快速电渣重熔技术是在早年T型结晶器多流电渣重熔基础上发展起来的。采用T型结晶器,重熔大断面电极,在结晶器壁上嵌入导电元件,使电源电流通过自耗电极-渣池-导电元件-返回变压器,如此改变了结晶器内的热分配。钢-渣熔池界面没有电流通过,也就是基本不发热,同时,钢-渣熔池界面远离电极端头,使得金属熔池的温度大幅度降低,减弱了金属熔池深度与输入功率的关系。


保护气氛电渣重熔技术

早期电渣重熔都是在大气环境下进行熔炼,生产成本低、操作方便,但是电渣钢中容易出现SiMnAlTi等易氧化元素烧损和增氢等问题。为此,德国、美国、奥地利、中国等相继开发出惰性气氛保护电渣炉,整个重熔过程在惰性气体保护下进行,主要目的是防止重熔过程钢中活泼金属元素氧化。

与早期传统电渣炉相比,新开发的保护气氛电渣重熔装置应用了全密闭气氛保护、全自动一键式自动化控制、称重恒熔速控制、同轴导电、框架式机械结构、氧含量在线监测等一系列技术改进升级。2009年开始,国内全自主设计的全密闭框架式称重恒熔速保护气氛电渣炉在上海、常州等地投产后,多台新一代气氛保护电渣设备在各企业推广应用。

导电结晶器技术

导电结晶器技术与传统电渣重熔技术不同,可以有多种方式让电流经过渣池,特殊的电流路径能够增强控制渣池和金属熔池之间热分配的能力,通过调节两个回路的功率分配,可以调节结晶器壁附近渣池和金属熔池的温度分布,有利于控制成浅平的金属熔池和增加熔池的圆柱段高度,从而可以在大幅度降低熔化速度的情况下,仍能保证铸锭的表面质量,同时,由于熔池变浅,结晶趋于轴向,凝固偏析问题得到改善,铸锭内部质量提高,从而有效解决了内部质量和表面质量相互矛盾的问题。

2012年,东北大学特殊钢冶金研究所为国内某钢厂开发了25t空心坯抽锭式电渣炉,炉型主要特征是采用双电源供电、T型导电结晶器,可以有效地控制渣池和熔池温度分布,生产出Φ900/Φ500mmΦ650/Φ450mm断面的空心电渣锭,最大抽锭长度为6000mm

2018年开始,项目组联合装备制造企业沈阳华盛冶金技术与装备有限责任公司,在实验室基础上,为多家传统电渣设备企业改造升级固定式导电结晶器装备和工艺,目前应用于工业化的锭型已经涵盖200kg30t

加压电渣重熔

东北大学在2007年成功开发出最大压力为7MPa100kg加压电渣炉,并利用复合电极的加压电渣工艺,完成了氮含量为0.8%-1.2%且成分均匀、组织致密的高氮奥氏体不锈钢P900NP900NMoP2000,产品具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。目前,利用加压感应炉和加压电渣炉双联工艺,成功制备出Cronidur 30高氮马氏体不锈钢,可用于制造高性能航空航天轴承、模具钢和刀具等。

2018年,中国首台500kg加压电渣炉在辽宁科技大学实验室投入建设与调试成功。日前,项目组又联合装备制造企业研制了16t的加压电渣炉。