电渣工艺

电渣重熔概念
电渣重熔微小件精密加工ESR)是利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金母材,液体金属以熔滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属熔池内,即渣洗清洁钢液,钢锭由下而上逐步结晶。
电渣重熔一般是在大气中进行,也可用氩气保护。电渣重熔后并不能降低气体和夹杂物的含量,只是降低大颗粒夹杂物含量,并且使夹杂物弥散分布使夹杂物的有害作用降低至最低。电渣重熔获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭。重熔时合金得到进一步精炼,夹杂物去除是通过渣洗和在熔池中上浮。合金的持久性能和塑性都得到提高,消除或减轻了各种宏观和显微缺陷。如果需要进一步降低钢中气体需要进一步的真空自耗处理。
  电渣设备简单,投资省。最简单地说电渣重熔就是采用了电焊的原理。电渣炉机械结构设计简单,但是传动机构采用滚珠丝杠比较流行。
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。
电渣炉设备组成
电渣炉通常有三部分组成:机械系统、供电系统、控制系统。
电渣炉的机械系统从机械结构上分为双支臂和单支臂两种;它主要由结晶器平台、支撑立柱、横臂(含升降旋转台车)、电极升降机构、电极夹持器、、假电极等组成;目前,电渣炉的升降机构大部分采用丝杠传动和钢丝绳传动两种;丝杠传动相对钢丝绳传动而言,较为平稳,对小型电渣炉尤其合适;但是,丝杠传动在电极升降调节时,其丝杠与丝母由于制造、安装的误差,使其在传动时有一定的间隙,限制了它的响应速度,影响了系统的调节精度;因此,少量新型电渣炉采用了液压驱动电极升降;液压驱动具有响应速度快、调节平稳、系统控制准确等优点,但由于增加了液压系统,造价相对较高。
中小型电渣炉的供电系统一般采用单相变压器供电,大型电渣炉多采用三相变压器供电;
调压方式分为无载和有载电动调压、磁性调压器无级连续调压三种;当冶炼精度要求比较高时,应采用有载电动调压(在工作区级差一般为24V)或磁性调压器无级连续调压;供电方式分为交流和直流两种,目前,国内大部分电渣炉是交流供电;单相交流供电的短网为非平行布置,阻抗较大,功率因数较低,工厂的电力负荷不平衡,所以多用在小型电渣炉上;从性能上看,直流供电有其优越性,如:冶炼电流稳定性好、短网功率损耗低、系统的功率因数高、工厂的电力负荷较易平衡等优点;大型直流电源的应用技术已经成熟。
  当前国内电渣炉的控制系统还很落后,电极升降调节有不少仍在采用直流放大机进行控制,电极升降调节为开环调节,假如电极以一给定速度下降,当冶炼电压、电流波动较大时,人工需及时进行干预。因此,一方面造成电渣炉冶炼时熔速不均匀,影响电渣锭质量,另一方面,工人的劳动强度也比较大
电极升降调节技术从交直流放大机到今天已发展了好几代。现在,工业控制计算机可编程控制器、变频调速正在迅速推广应用到炼钢电弧炉的电极调节系统中;而单纯的电极调节系统也已不能完全满足生产的需要。集生产管理于一身,在满足操作和控制精度的同时,将生产信息(如:班次、通断电时间、工作电流、电压、电能消耗、设备系统的工作状态等
参量)显示出来,并通过局域网与生产中心联网通讯,这样的先进控制系统正逐步得到应用,将其推广到电渣重熔炉的控制系统定会取得良好的效果。电动拖布
3电渣重熔基本过程。
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,-渣充份接触,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- 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,目前通用的渣料含楼宇对讲门禁系统CaF2较多,在重熔过程中,污染环境,必须设除尘和去氟装置。
电渣重熔的工艺参数与相互关系
4.1电渣重熔的工艺参数
为了保证电渣过程能够稳定进行和重熔合金的质量,在制订合金的重熔工艺时必须选择合适的工艺参数。另外合理的工艺参数还可以降低各项消耗指标。电渣重熔过程必须选择确定的下列参数: 填充系数、 雨水循环系统渣层厚度、 工作电压、 面积电流 (电流密度 )等。
4.2 重熔工艺参数的相互关系
4.2.1重熔渣层厚度
当输入功率恒定时渣层厚度直接影响金属熔池的深度:渣层厚,渣温低,熔池浅;电渣稳定性好;渣层薄,渣温高,熔池深;电渣稳定性差;
4.2.2重熔工作电压
当输入功率和渣层厚度一定时,工作电压过高,电流波动大,电渣过程不稳定,渣层温度高,金属熔池浅,熔化速度快。电压过低时电流增大,渣层温度低,金属熔池加深,熔化收割机卸粮筒
速度减慢。冶炼电压对渣层温度的影响如图所示。从途中可以看出随工作电压升高渣层温度升高。导致重熔速度加快和冶炼电耗增加
冶炼电压对渣层温度的影响
4.2.3面积电流
面积电流密度是自耗电极单位横断面积上承载的电流值(A/cm2.下图给出在电渣过程条件下面积电流与自耗电极直径的关系。图中有上限和下限曲线 ,在其中间区内是电渣过程稳定区,超过上限和低于下限区是不稳定电渣过程或电弧过程。随自耗电极直径的增加,
稳定电渣过程的面积电流减小。图中数据适用于填充系数为0.350.45的重熔条件
自耗电极直径与面积电流的关系走线槽
4.2.4填充系数
填充系数是自耗电极直径与结晶器内径的比值。它对重熔工艺稳定性与重熔合金的质量具有较大的影响。目前使用的填充系数偏低,原因是因为电渣钢锭重量小 铸造自耗电极弯曲度大的缘故。随着开坏轧钢能力的提高,钢锭重量应该增大,铸造电极弯曲度减小,为提高填充系数创造了条件。大填充比重熔时,可以减轻大气对合金的污染,提高钢的纯洁度,改善钢锭表面质量,降低消耗指标,提高生产效率等。

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