第11卷第4期材料与冶金学报Vol.11No.4收稿日期：2012-10-11．作者简介：孟庆虎（1984—），男，硕士研究生，工程师，E －mail ：mengqh@tisoo．
2012年12月Journal of Materials and Metallurgy
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殹
Dec．2012
孟庆虎，许立伟，牛瑞新
（太原钢铁（集团）有限公司，太原030003）
摘要：采用Φ710mm ˑ2050mm 结晶器，ANF －6渣系，利用电渣炉生产5t 重模具钢RH13电渣锭．对 重熔后产生6mm 厚度的渣皮进行断面纵向成分分析，发现渣皮形成具有分层现象，验证了渣皮“环形小熔池”渣皮形成机理．并由此提出控制渣皮厚度的控制要素：在一定范围内结晶器水温越高、铸锭收缩率越小、输入功率越大会使渣皮越薄．其中铸锭的收缩率是影响渣皮厚薄的最关键因素．关键词：电渣钢锭；渣皮；凝固中图分类号：TF 03.1 文献标识码：A
玉米割晒机文章编号：1671-
6620（2012）04-0265-03Mechanism study of ESR ingot slag skin
M EN N G Q ing-hu ，XU Li-w ei ，N IU R ui-xin
（Taiyuan Iron ＆Steel （Group ）Co．Ltd．，Taiyuan 030003，China ）
Abstract ：Die steel R H13w as remelted by electroslag remelting w ith Φ710mm ˑ2050mm mould and AN F －6
slag．The results of chemical analysis of slag skin show that there w as a layered phenomenon in slag skin．The forming mechanism of “ring shaped miniature slag pool ”w as validated．And thus ，
the key factors to control the slag skin thickness w as determined the higher of the w ater temperature of the mold w as ，the smaller of the shrinkage ratio w as ，greater input pow er caused slag skin thinner．The key factor affecting the slag skin thickness w as the ingot shrinkage．Key words ：ESR ingot ；slag skin ；solidification
电渣重熔的优点之一是可以获得光滑的钢锭表面．钢锭表面光滑的原因，是由于金属在凝固前被凝固的渣皮包覆着．电渣渣皮形成对钢锭表面
质量有着直接的影响，
国内文献对电渣渣皮形成机理有所研究，并提出“环形小熔池”理论
［1 5］
．
本文对渣皮形成后，沿端面横切面方向成分变化进行研究，并结合文献所述，提出渣皮厚度控
制要素及方法，
并进行了实验验证．1
渣皮成分研究实验
1.1
实验方法
电渣重熔实验所采用的工艺条件如表1所
示，共冶炼4炉（编号为a 、b 、c 、d ）．冶炼后，渣皮较厚，达到6 7mm．发现渣皮具有分层现象，渣
皮两侧为白，中间为灰．分别取两侧及中间粉末进行成分对比，位置（见表2）分别对应编号：1、
2、3．对各炉次渣皮不同位置的厚度比和化学成分变化进行检验．
表1
电渣重熔工艺条件
Table 1
The conditions of electroslag remelting process
重熔功率/kW 1050结晶器尺寸/mm Φ710ˑ2050重熔钢种RH13
重熔渣系ANF －6智能公交管理系统
（w （CaF 2）=70%，w （Al 2O 3）=30%）表2
渣皮检验方案与厚度比
Table 2
The testing plan and thickness ratio of slag skin
编号位置厚度比/%
1靠近结晶器一侧
502中间层203
靠近钢锭一侧17ps8
30
1.2结果与分析
渣皮沿端面横切面方向成分不同位置的厚度比见表2．由于水冷结晶器的强制冷却，分层渣皮中，靠近结晶器一侧的厚度比占了50%．
不同炉次，不同位置处，渣皮中CaF
2
和
Al
2O
3
在不同位置处的质量分数如表3和表4所
示．炉次a的各位置处CaF
2和Al
2
O
3
变化趋势如
图1所示．
表3CaF
2
检验结果
Table3The testing results of CaF
2
%
炉号
位置
123
a21.0683.7629.65 b22.3384.0230.76 c21.5283.3231.02 d21.3783.2130.28
表4Al
2O
3
检验结果
Table4The testing results of Al
2O
3
%
炉号
位置
123
a78.9416.2470.35
b77.6715.9869.24
c78.4816.6868.98
d78.6316.7969.72
经检验分析发现，渣皮靠近结晶器一侧
Al
2O
3
含量（质量分数）达到78.5%左右，靠近钢
锭一侧Al
2O
3
含量达到70%左右（与配渣成分近
似）．
通过查阅X射线对晶体分析的相关文献发
现，此两侧以高熔点相，长条状刚玉（α－Al
2O
3，
熔点2050 2080ħ）为主体，少量玻璃相填充两相中间．中间相以低熔点相萤石（CaF
2
，熔点1 360ħ）为主体，少量细长条状六铝酸钙嵌在萤石主体上．从渣皮结晶的取向性可以判断渣皮结晶时热量散发方向，即由结晶器和钢锭表面进行热量输出，同时验证了文献中“环形小熔池”的形成机理．
所以，并非仅由结晶器热量输出导致渣池过冷形成渣皮，此种说法难以解释渣皮中的分层现象．由此，提出渣皮形成过程：
（1）渣液在结晶器壁处产生过冷，渣皮中高熔点相刚玉及低熔点相萤石依次快速析出，形成初始渣皮，在此环节，过冷度越大，形成刚玉层及萤石层将会越厚；
（2）熔池在上升过程中会对初始渣皮形成“冲刷”，熔池温度一般为1600 1700ħ，
会重
图1炉次a的各位置处CaF
2
和Al
2
O
3
变化趋势
Fig.1The changing trends of CaF
2
and Al
2
O
3
in
different location for furnace
（a）—CaF2；（b）—Al2O3
新熔化低熔点相，并减薄高熔点相，此时，熔池温度越高，即输入功率越大，对初始渣皮冲刷越厉害，第一层高熔点相厚度就越薄；
（3）第三层（即靠近钢锭一侧）厚度与钢锭收缩率有着直接关系．待钢锭温度降低时第三层渣皮开始形成，其初始形成时紧贴钢锭表面，钢锭收缩越大，造成第三层与第一层间距越大，渣皮也就越厚．此时第一层与第三层之间存在尚未凝固的低熔点相，即产生“环形小熔池”，随着钢锭温度下降，小熔池逐渐凝固，渣皮中层被填充．
通过上述推断，说明影响渣皮厚度的主要因素有：结晶器水温、输入功率及钢锭收缩率．
2渣皮厚度对比试验
为了验证以上推断，在不同的结晶器水温、输入功率及钢锭收缩率的条件下进行重熔实验，以考察各因素对渣皮厚度的影响．
2.1实验方法
渣皮厚度影响因素对比试验各工艺参数见表5．
662材料与冶金学报第11卷
表5对比试验各工艺参数
Table5The process parameters of the contrast experiments
试验编号钢种收缩率
%
渣系
结晶器水温
ħ
输入功率
kW
平均浸入深度
mm
1H1396.35ANF－62711502 2H1396.35ANF－62710502 3H1396.35ANF－63510502 420Cr1396.03ANF－62710502
2.2结果与分析
使用相同渣系，分别对比不同收缩率钢种、不同输入功率、不同结晶器水温来验证渣皮厚度是否与以上因素有关，试验结果如表6所示．
通过表6可以看出，对比1、2号试验，发现输入功率大渣皮会有明显降低，但是对内部组织及后期缩孔有着不良影响；对比2、3号试验，发现结晶器水温提高，有利于减薄渣皮，且对比组织情况，相差不大；对比2、4号试验，钢锭收缩率小的钢种渣皮厚度有着大幅度下降，可见收缩率是此几种因素中最为重要的影响因素．
所以，结晶器水温在一定范围内越高、钢锭收缩率越小、输入功率越大会使渣皮越薄，其中收缩率是影响渣皮厚薄的最关键因素．
表6对比试验对应渣皮厚度
Table6The slag thickness in the contrast experiments
蒸汽回收机试验编号钢种收缩率
%
结晶器水温
ħ
输入功率
kW
渣皮厚度
mm
1H1396.352711505 2H1396.352710506 3H1396.353510504 420Cr1396.032710502
3结论
（1）通过对渣皮成分研究和结合文献分析，验证了“环形小熔池”理论；该理论提出了渣皮形成详细过程以及结晶器水温、钢锭收缩率、输入功率是影响同一种渣系下冶炼渣皮厚度的关键影响因素的假设，并进行了试验论证．
（2）相关文献表明，渣料自身性质，即过冷度大、熔点低的渣系易产生薄渣皮，此理论与本文的结论相一致．
（3）结晶器水温在一定范围内越高、钢锭收缩率越小、输入功率越大会使渣皮越薄，其中收缩率是影响渣皮厚薄的最关键因素．
参考文献：
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全自动保管箱electroslag fluxes skin of electroslag remelting ingot［J］．Special
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Technology，2004，25（2）：113－114．）
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第4期孟庆虎等：电渣炉渣皮形成机理研究
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