电渣重熔(ESR)冶金法：特殊钢生产的二次精炼技术

电渣重熔(ESR)冶金法：特殊钢生产的二次精炼技术

电渣重熔（ESR）冶金法是当今世界应用最广泛的二次精炼技术之一，主要用于特殊钢和合金的生产。这种技术通过电流通过液态熔渣产生电阻热，使初始钢锭熔化并经过一系列物理化学反应提纯，最终形成高质量的电渣锭。本文将详细介绍电渣重熔的基本原理、特点及其在现代冶金工业中的重要应用。

基本原理

电渣重熔（Electro-slag Remelting，简称ESR）是一种先进的二次精炼冶金技术，主要用于生产高品质的特殊钢和合金。其基本原理如下：

图1：电渣重熔工艺示意图

1. 电流与熔渣作用：通电后，电流通过液态熔渣产生电阻热。
2. 电极熔化：自耗电极（通常是初始熔炼铸锻钢锭）在熔融渣池的电阻热作用下熔化成液滴。
3. 钢液凝固过程：钢液在重力作用下通过渣池，在渣池下方形成浅平金属熔池。随后，在水冷结晶器的强制冷却作用下逐渐凝固，形成质量优良的电渣锭。整个过程中，金属熔池和渣池不断向上移动。

渣池成分与作用

渣池的主要成分为CaO、CaF2、Al2O3、MgO、SiO2等，通常整体呈碱性，在高温下具有一定的电导率。渣池在电渣重熔过程中发挥着至关重要的作用：

图2：电渣重熔过程中的渣池作用示意图

1. 杂质去除：钢液与熔渣之间发生物理和化学反应，有效去除有害杂质元素（尤其是硫）和非金属夹杂物。
2. 组织致密化：电极的熔化和金属结晶同时进行，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的缩孔，从而消除疏松和缩孔，使钢锭组织致密均匀。
3. 气体和夹杂物上浮：金属液中的气体和夹杂物易于上浮，进一步提高钢锭质量。
4. 顺序结晶：钢锭由下而上逐渐凝固，渣池和金属熔池不断向上移动，形成一层渣壳，不仅使钢锭表面平滑光洁，还降低了径向导热，有利于自下而上的顺序结晶，改善了钢锭内部的结晶组织。
5. 污染控制：整个过程在液态渣层下进行，与大气隔绝，最大限度减轻了大气对钢液的污染，减少了钢液中氢、氮的增加量和二次氧化。

应用范围

由于电渣重熔技术能够在初炼基础上进一步提纯钢并改善钢锭结晶组织，因此广泛应用于多种钢材生产，包括：

• 碳素钢
• 合金结构钢
• 轴承钢
• 模具钢
• 不锈钢
• 耐热钢
• 高强度钢
• 高温合金
• 精密合金
• 耐蚀合金
• 电热合金

据统计，该技术可生产400多个不同钢种。

发展现状

中国在电渣重熔技术领域起步较早，与美欧几乎同时开始研发，目前处于世界领先水平。由于该技术的投资成本相对较低（一般在五千万以下），因此在中国得到了广泛应用，许多小型炼钢厂都配备了电渣炉。