第10卷增刊材料与冶金学报Vol.10S1收稿日期：2010-10-15．作者简介：隋铁流（1949—），男，高级工程师．
2011年3月Journal of Materials and Metallurgy
March 2011
隋铁流
（东北特殊钢集团有限责任公司，辽宁大连116031）
摘
要：对国外电渣重熔现状进行了概述，并对我国电渣重熔的发展方向提出设想．
关键词：电渣重熔；电渣炉；发展方向中图分类号：TF 748．6 文献标识码：A
文章编号：1671-
6620（2011）S1-0021-08General situation of overseas electroslag remelting and developing
direction of electroslag remelting in China
SUI Tie-liu
（DongBei Special Steel Group Co．Ltd．，Dalian 116031，China ）
Abstract ：The article summarizies overseas electroslag remelting and puts forth superficial opinion for developing direction of electroslag remelting in China．．
Key words ：ESR ；Electroslag furnace ；Development direction
电渣冶金起源于美国，霍普金斯在1935年进行了渣中自耗电极熔化实验，并于1940年取得了发明专利．而现代电渣冶金技术是由苏联发展起来的．乌克兰巴顿电焊研究院在电渣焊的基础上开发出电渣冶金技术．1958年，
乌克兰德聂泊尔特钢厂建成了世界第一台0.5t 工业电渣炉，使电渣冶金进入了工业化生产进程． 50多年来，国内外电渣冶金取得了突飞猛进的发展，新工艺、新技术层出不穷，形成了一个跨专业、
跨行业的新学科．我国是世界上电渣冶金起步较早的国家之一．1960年，重庆特殊钢厂、大冶特殊钢厂，大连钢厂及上钢五厂的电渣炉先后建成投产．紧随其后北满特钢（原齐齐哈尔钢厂）、抚顺特钢等工业电渣炉相继建成投产．50多年来，
我国电渣冶金始终保持着旺盛的发展态势．以东北特钢集团、上海宝钢集团五钢公司、西宁特钢以及大冶特钢为
代表的电渣钢生产厂家，
都显示出很强的技术实力．随着我国科学技术突飞猛进的发展，航天航
海、汽车制造、石油化工、电站建设、核设施、机械制造等诸多行业和领域，都对钢的质量提出越来越高的要求．电渣钢以其金属纯净度高、组织致
密、
成分均匀、金属各向异性小、钢锭表面光洁及成材率高等特点，进一步显现出勃勃生机．过去世界上最大的电渣炉是我国上海重型机器厂的200t 电渣炉和德国萨尔钢厂的165t 电渣炉．国外最大的电渣钢生产基地是乌克兰德聂泊尔特钢
厂，
该厂拥有22台（2t 以上）电渣炉和年产10万t 电渣钢的生产能力．近年来，随着我国综合国力的不断增强，电渣冶金的历史和记录也在改写．当前世界上最大的电渣炉是我国上海重型机
器厂的450t 电渣炉，最大的电渣钢生产基地是东北特钢集团．
东北特钢集团由北满、抚顺及大连三个特殊
钢厂组成，三个基地生产电渣钢都有近50年的历史．东北特钢现有电渣炉47台（含在建），其中3t 以上电渣炉41台．具有年产19.5万t 电渣钢的生产能力．东北特钢电渣钢的生产能力之大，大型电渣炉台数之多，均居世界首位．为了把东北特钢建设成为世界上最先进的电渣钢生产基地，东北特钢把电渣冶金作为强势项目来发展．在东北特钢大连基地的搬迁改造过程中，从因泰克公司引进一台36t 和一台100t 抽锭式及固定式两用的全计算机控制、恒熔速、气密型
保护性气氛电渣炉．这是目前国内最大的全计算机控制、恒熔速、气密型保护性气氛电渣炉．东北特钢抚顺基地继去年从ALD公司引进一台6t全计算机控制、恒熔速、气密型保护气氛电渣炉后，今年又从因泰克公司和康萨克公司分别引进一台12t和一台30t全计算机控制、恒熔速、气密型保护性气氛电渣炉．
东北特钢北满基地也把引进最先进的电渣炉和工艺技术列入近期的发展规划．
为了对世界上最先进的电渣炉及电渣重熔的工艺技术有更加深入全面的了解，出于对引进电渣炉选型和
确定工艺的需要，东北特钢先后与乌克兰科学院巴顿电焊研究所及世界上著名的INTECO（因泰克）公司、CONSARC（康萨克）公司、ALD公司等特种冶金设备制作厂家分别进行了多轮技术交流．并派专家到德国和奥地利的多个电渣钢生产厂家和电渣冶炼设备设计制作厂家进行了实地考察．下面谈一下国外电渣重熔的动态和我们对国内电渣重熔发展的一些设想．
1国外电渣重熔的技术动态
国外电渣重熔有很多新技术，比如电弧渣重熔、电渣热复合、真空电渣重熔、快速电渣重熔、导电结晶器、高压电渣重熔及液态电渣浇铸等．下面仅就实用性强的几项新技术作简单的介绍． 1.1快速电渣重熔（ESRR）
快速电渣重熔与传统的电渣重熔相比，明显区别在于电流流经两个回路（见图1）．大约70% 90%的电能通过渣池和T形结晶器上的导电元件返回到电源；只有10% 30%的电能通过金属熔池和电渣锭传输．这种导电方式决定了渣池可以为快速电渣重熔提供足够高的温度和热量，而金属熔池的温度和形状与输入功率无关，即便在渣池温度高，熔化速率快的情况下，金属熔池仍然可以保持较低的温度，使凝固易于控制．尤其是电渣锭的断面尺寸较小，在结晶器的强制水冷的作用下，可以获得细晶、致密及无偏析的组织结构．快速电渣重熔的优点是，在保证质量的前提下，熔化速率是传统电渣重熔的3 10倍，具有很高的生产率．可以用交换电极的方法，用大断面电极坯料连续生产出各种小断面规格的电渣钢圆型材
、方型材及六角材．由于具有抽锭功能，并配备了切割装置，在拉坯过程中，电渣锭的长度可以根据用户需求进行切割，具有很强的生产灵活性，产品趋于近终成形．另外，电渣钢的成材率高于传统的电渣重熔．图1 4为因泰克公司为意大利瓦尔布鲁纳公司制作的快速电渣重熔设备
．
图1快速电渣重熔的两个回路
Fig.1Two circuits of
ESRR
图2梯形导电结晶器
Fig.2Trapezoidal conductive mould
1.2导电结晶器（CCM）
导电结晶器是因泰克公司的新技术．此项新技术采用双路电源供电，不仅可以像传统电渣重熔的供电方式一样，用一个电源变压器，由变压器－金属电极－渣池－金属熔池－电渣锭－底水箱构成回路，还可以用另一个电源变压器，使电流不经过金属电极，仅通过渣池和结晶器上的导电元件构成回路（见图5），使渣池保持获得良好的钢锭表面所需的温度．既可控制熔化速率，又可控制渣池温度及液态金属的凝固速度，使电渣重熔在熔化速率极低的情况下也可以进行．
传统的电渣重熔受渣池温度和钢锭表面质量的影响，熔化速率、熔池深度及钢锭的凝固速度的控制受到很大的限制．熔化速率偏低，电渣锭表面质量就会出现问题．而当今很多质量要求高的产品，需要低的熔化速率，浅平的金属熔池及快的结晶速度，这些要求是传统的电渣重熔无法实现的．
22材料与冶金学报第10卷
图3快速电渣重熔设备Fig.3
Equipment of
ESRR
图4快速电渣重熔法拉出的马氏体和奥氏体钢坯Fig.4
Martensitic steel and Austenitic steel are
made by ESRR
比如传统的电渣重熔生产含铬（质量分数，以下
同）2% 3%的轧辊辊坯合格率很高．而生产含铬5%的轧辊辊坯，由于熔化速率不能控制在理想的低的范围内，金属熔池深、凝固速度慢，极易产生碳化物偏聚及斑点等缺陷，废品率较高．辊坯的铬含量与辊坯的使用寿命密切相关，铬含量高，辊坯的使用寿命长．但用现有的工装生产辊坯，铬含量越高，辊坯的碳化物偏聚及斑点等废品的出现率越高．
导电结晶器新技术的研发成
图5双回路电渣重熔
Fig.5
ESR with two power circuit
1—电极；2—熔池；3—钢锭；4—渣池；5—电流导电环；6—绝缘材料；7—水冷结晶器
功，使生产含铬12%的高质量轧辊辊坯成为可能．据介绍，用导电结晶器生产直径约600mm 的
电渣锭，
金属熔池的深度仅在70mm 左右，可以避免出现碳化物偏聚的现象．而用传统的电渣重熔法生产的直径600mm 的电渣锭，
金属熔池的深度都在200mm 以上．1.3
高压电渣重熔（PER ）
高压电渣炉主要用于重熔含氮钢，重熔含氮钢的关键是保证过饱和的氮溶解到钢中，防止凝固过程中析出．用于核电站发电机护环的高氮奥氏体不锈钢，要求无磁性，屈服强度σ0.2≥1420MPa ，在大气中冶炼，氮难以溶入钢中，钢中氮的质量分数一般只能控制在0.4% 0.65%左右．性能无法达到要求．在高压电渣炉中重熔，熔炼室氮的压力高达4.2MPa ，可使钢中氮的质量分数提高到1.05%，σ0.2≥1500MPa．
1980年德国建成了第一台高压电渣炉，生产出直径1m ，质量为16t 的电渣锭．1996年德国又建成两台高压电渣炉用于生产含氮轴承不锈钢和含氮高速钢．近年来奥地利、保加利亚、美国也相
继建成高压电渣炉，使高压电渣重熔技术得到进一步推广．另外，我国的东北大学也建造了一台实验型高压电渣炉，最高压力可达到7MPa ，可使钢中氮的质量分数达到1.2%．目前，我国高压电渣重熔仍然停留在实验室阶段．图6为ALD 公司制作的16t 最大压力为1.6MPa 的高压电渣炉．
2
国外先进电渣炉的基本特点和电渣钢的生产情况
2.1
国外电渣炉的基本特点
我国传统的电渣炉一般是由支臂、立柱、短
网、变压器、托锭台车等构成的，如图7、
8所示．国3
2增刊隋铁流：国外电渣重熔概况及我国电渣重熔的发展方向
图6
16t 电渣炉
Fig.6
16tons of electroslag furnace
外新型电渣炉一般没有“支臂”的概念，而统称之
为
“炉头”（head ）．结构形式多为车架式或A 型结构（也有人称之为塔式结构）如图9 11所示
．
图7我国传统的单相双支臂电渣炉Fig.7
China ’s traditional two －arm
single －phase electroslag furnace
当前，国外先进的电渣炉都配备了可以控制熔化速率和冶炼全过程的全计算机控制系统、带有高精度重力传感器的称重系统、带有4根导电
立柱和采用滑动触头导电的同轴导电系统、气密型保护气氛系统、高精度X －Y 电极调整系统、电极坯料预热装置、渣料自动加入器、合金及脱氧剂自动加入器、节水系统和电渣锭热屏蔽装置．
另外，很多电渣炉都设有安全自锁装置，
比如
图8我国传统的三相双支臂电渣炉Fig.8
China ’s traditional two －arm phase
electroslag
furnace
图9ALD 公司的车架式电渣炉
Fig.9
ALD ’s Car Rack electroslag furnace
冷却水不接通送不上电；冷却水温度超过设定值
报警，超过允许值自动切断电源；地坑内惰性气体
超标，
氧含量低于安全设定值自动报警等．国外电渣炉基本上都是单相电渣炉，一般多熔位（工位）的电渣炉居多．不仅有单炉头、单熔位电渣炉和单炉头、双熔位的电渣炉，还有双炉头、双熔位，双炉头三熔位及三炉头四熔位的电渣炉．
多熔位电渣炉的主要优点是提高电渣炉的生产率．一是可以减少电渣炉的热停时间，在电渣锭模冷期间，
可以在另一个熔位继续进行生产；二是可以根据锭型的不同合理安排生产．不仅可以用两个炉头采取交换电极的方式，在中心熔位重熔较大规格的电渣锭；还可以用两个炉头分别在两个熔位同时生产出两个规格较小的电渣锭，提高
4
2材料与冶金学报第10卷
图10INTECO 公司的车架式电渣炉
Fig.10
INTECO ’s Car Rack electroslag
furnace
图11
康萨克公司A 型结构电渣炉
Fig.11
CONSARC ’s A structure electroslag furnace
电渣炉的有效利用率和生产的灵活性．
国外电渣炉的另一个特点是，抽锭式电渣炉，或抽锭式与固定式两用电渣炉较多．抽锭式电渣炉的主要优点是交换电极迅速，并可以克服长电极坯料和长结晶器制作上的困难，用较短的电极坯料和短结晶器即可生产出长达6m 的电渣锭．
下面介绍国外先进的电渣炉的特点：
（1）实现整个电渣重熔过程的全计算机控制所谓的全计算机控制与我国一般用计算机对重熔过程的简单控制有很大不同，国外先进的电渣炉从启动、正常重熔、到补缩终了，整个重熔过程实现了全计算机控制．渣料及脱氧剂的加入，电流、电压、渣阻及熔化速率的控制，电极重量及位
置、
惰性气体的流量及压力、冷却水的温度、压力、流量及安全连锁状态不仅在监视器上显示，还能通过计算机发出指令自动进行有效的控制和调节，确保工艺的再现性．这就避免了过多的人为控制和调整对冶炼过程及电渣钢质量带来的干扰和影响．
在工艺方面，多数采用恒熔速的工艺思想．在重熔过程中，通过计算机控制，使金属电极始终保持一定的埋入深度，使熔化速率保持在一个恒定的设定值上．
（2）高精度称重系统
用计算机控制熔化速率是与其配备的高精度称重系统和可进行有载调压的电源变压器密不可分的．目前，采用的重力传感器可以使称重系统的
重量精度等级达到0.01%，熔化速率计算相对精度达到ʃ1kg．
（3）完全同轴的大电流供电系统
东北特钢北满基地（原齐齐哈尔钢厂）于1979年从联邦德国莱堡尔德－海拉斯公司（ALD 公司的前身）引进一台10t 单相、单支臂、双熔位电渣炉（见图12），二次供电系统采用“同轴设计”的概念开始引入中国
．
图12
北满基地早期由海拉斯公司引进的
同轴导电电渣炉
Fig.12
North Moon base earlier introduced the coaxial
conductive electroslag furnace by the Hellas company
现在国外电渣炉制造商普遍采用4根对称并
相互平行的导电立柱供电，称之为100%高效率的完全同轴设计．国外研究人员认为带有4根对称分布的导电立柱的结构，优于两根导电立柱的同轴导电和一般平行布线的导电结构，可以有效
5
2增刊隋铁流：国外电渣重熔概况及我国电渣重熔的发展方向
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