电渣熔铸工艺
一、电渣熔铸工艺的选定
1、电渣工艺制定的原则及分类
电渣工艺是决定电渣熔铸过程稳定性，保证产品质量和得到良好的技术经济指标的关键。所以，制定工艺规范必须掌握以下四个原则：
（1）电渣熔铸工艺制度首先要保证产品的冶金质量。具体讲就是应保证重熔的精炼效果和良好的结晶结构；
（2）电渣熔铸工艺必须保证电渣过程的良好稳定性；
（3）电渣熔铸工艺必须在保证产品质量前提下力求经济指标的合理性。如生产率、电耗、水耗、渣耗等都应控制在合理范围内以降低整个熔铸产品的成本。
（4）必须注意熔铸工艺的一般性与特殊性的统一。
电渣熔铸工艺参数可以分如下三类：
（1）条件参数：是根据熔铸产品几何尺寸、重量要求定出的参数。
A 结晶器直径、高度；
B 电极的直径、长度；
C 充填系数及电极、结晶器的直径比。
（2）基本控制参数：是根据冶炼条件制定的。可分两类：
A 渣制度：包括渣系组成、渣量或渣池深度；
B 电制度：包括工作电流或电流密度、工作电压、有效供电功率、比功率等。
（3）目标参数：是基本控制参数综合影响的因变量。主要包括：
A 金属熔池深度；
B 极间距离与电极埋入深度；
C 熔化率
D 渣池温度、渣皮厚度、电耗等。
二、电渣熔铸条件参数的选择
1、结晶器尺寸的确定：直径和高度
（1）直径的确定：D结=（D产品+A）/（1-δ%）
式中： D结— 结晶器直径（毫米）；
D产品— 产品的规定尺寸（毫米）；
A— 毛坯加工余量，一般按20～40毫米计算；
δ%— 熔炼毛坯的减缩率，一般为3±0.5%。
（2）高度的确定：
① 固定式：H结≈（3～6）D结
当D结＞300毫米，按下限考虑
② 抽锭式：
2、电极尺寸的确定：直径和长度
（1）直径的确定：d极=K•D结
式中：d极— 电极直径（毫米）
D结— 结晶器直径（毫米）
K— 经验系数，可选（0.5～0.6）±0.1
（2）长度的确定:
① 单臂固定式电渣炉:
圆柱形产品电极长度的确定: L极= h锭/C•η+Δl
式中: L极— 单支电极长度（米）；
h锭— 钢锭高度（米）；
C— 充填系数（电极与结晶器截面积之比）；
Δl— 余头（电极剩余长度0.05～0.1米）;
η— 电极致密度，轧、锻电极η=1，铸造电极η=0.95
② 双臂交替式电渣炉：这种电渣炉对电极长度要求不严格要求，只要电极不长度不小于夹持器有效行程即可。
三、电渣熔铸基本控制参数的选择
主要包括：渣系的组成、渣量（渣厚）、冶炼电流、工作电压、供电功率等，这些参数对电渣熔铸产品的冶金质量、技术指标的影响很大。
1、渣系的选择：它关系到重熔钢锭的质量、电渣过程的稳定性以及熔铸过程的技术经济指标，应对不同的钢种有所选择，也要注意在熔炼过程炉渣组元比例稳定性的控制。
（1）渣系对冶金质量和冶炼效率的影响：一方面是工艺作用，另一方面是冶金作用。
① 合金元素的烧损：渣的碱度变化对重熔钢元素烧损的影响是很大的。
② 气体的去除：在电渣熔铸过程中，脱氧是通过物理和化学两种途径进行的。随着炉渣的碱度增加，钢中的氧含量降低。
③ 去硫：脱硫是电渣熔铸的特点之一，氧化钙提高炉渣碱度能提高脱硫，三氧化二铝降低脱硫。
④ 去除夹杂物：电渣熔铸过程用为净化剂的熔渣对非金属夹杂物进行吸咐，从而使钢中的夹杂物降低。
⑤ 炉渣对电渣工艺的影响：炉渣是用为热源的电阻发热体。它的组元比例直接影响了电渣熔铸的一些技术经济指标，如电耗、生产率等。
（2）渣系的选择：渣系选择的程序和一般原则有如下几方面：
① 首先要了解所炼钢种及合金的物理和化学性质，产品的质量要求，从而确定其熔解铸的主要任务。
② 所用渣系必须有足够的比电阻，使之有足够的热量以满足冶金反应需要。
③ 熔渣在冶炼过程中应有良好的流动性（粘度）。
④ 熔渣中变价不稳定氧化物含量控制得低些（如FeO、SiO2、MnO等），以保证重熔钢成分的稳定性。
⑤ 熔渣应具有良好的脱硫、去气、去除非金属夹杂的能力。
⑥ 为保证钢锭成型性良好，需要注意所选渣系的熔点。一般选择渣系的熔点比重熔钢的熔点低100～200℃为宜。
⑦ 选取炉渣时还要注意经济性和安全性。尽量避免选用稀缺和昂贵的材料。
一元渣系：CaF2
二元渣系：CaF2-Al2O3
CaF2-CaO和CaO-Al2O3
三元渣系：CaF2-CaO-Al2O3
CaF2-Al2O3-MgO
CaF2-Al2O3-TiO2
CaF2-CaO-SiO2
CaF2-ReXOY-CaO等
四元渣系：CaF2-CaO-Al2O3-MgO
CaF2-CaO- Al2O3-TiO2
CaF2-Al2O3-MgO-TiO2
（3）电渣熔铸过程中熔渣成分的控制，有如下几个措施：
① 保证电极良好脱氧及表面除锈。精选或精炼渣料，减少渣中不稳定氧化物；
② 冶炼过程添加必要的脱氧剂。加脱氧剂的原则是勤加少加，这样扩散脱氧的效果较好。
③ 在冶炼过程中采取换渣。每次加入量约15%～20%为佳。
④ 为了减少组元变及渣量的变化，将CaF2+Al2O3以及脱氧剂和石灰水、食盐拌成糊状，刷在电极表面并烘干。
⑤ 可以采用Ar气保护，对防止金属电极氧化和炉渣成分的变化也是有效的。
2、渣量的确定
（1）渣量对冶金质量及冶金效率的影响：渣量的大小实际上是作为炉渣电阻大小的标志，金属溶池的深浅直接影响到钢的质量，因此渣池厚度的选取与控制是电渣工艺的重要环节。
（2）渣量的确定：
① 按钢锭重量计算：G渣=(4～5%)G锭
式中: G锭—— 重熔钢锭的重量（公斤）
② 采用渣利用系数（K渣）— 即每公斤渣重熔多少公斤钢， K渣=22～25
G渣= G锭/ K渣（公斤）
③ 较准确的计算方法：G渣=π/4•D结2•H渣•γ渣
式中：G渣— 渣量（公斤）
D结— 结晶器直径（厘米）
H渣— 渣层厚度；
γ渣— 熔渣比重，≈0.0025公斤/厘米3
综上所述，当结晶器直径小于400毫米者,渣厚H渣≈1/2 D结。当D结≥400～700毫米者，H渣≈1/3D结；当D结≥700毫米时，H渣≈1/4 D结。直径比800毫米更大的结晶器则用下式计算：
G渣=π/4•D结3•ｆ渣深•γ渣
式中： G渣— 渣量（公斤）
D结— 结晶器直径（厘米）
ｆ渣深— 渣深系数；H渣=ｆ渣深•D结
γ渣— 熔渣比重，≈0.0025公斤/厘米3
在冶炼过程中渣皮的损耗和熔渣的挥发而造成渣厚度的减少，应该根据炉状况及时补加适量的渣料。
3、电制度对冶金质量和效率的影响：冶炼电流、电压、功率这些基本控制参数对熔解铸产品冶金质量的影响是很大的。
（1）元素烧损：元素在重熔过程中被烧损的因素不是单一的，就其本身而言它与温度场、传氧边界条件、氧的迁移率以及元素在钢中的活度等因素有关。所以，工作电流、电压、渣系、气氛保护等条件对元素烧损都是不应忽视的。
（2）夹杂物：夹杂物在重熔过程的去除主要靠炉渣的吸附作用以及夹杂物的浮升作用。电压提高本来可有利于夹杂物的去除，但是电压增加，电极埋入深度减少，增加了电极的氧化条件，所以电压过高，钢中夹杂物反而有增加之趋势。
（3）低倍及表面质量：电流、电压的大小，直接影响了金属熔池深度和冶炼速度。功率过大，会造成低倍偏析等缺陷；功率过小，会造成严重晶间裂纹，甚至造成空洞。
4、熔锭电流的确定：是熔铸的基本参数。
（1）电极直径与电流的关系：电极增加，电流密度则减小。 A=664+37.6•d极
式中: A— 工作电流(安培)
d极— 电极直径
（2）结晶器直径与电流的关系：A=200•D结
式中: A— 工作电流(安培)
D结— 结晶器直径(厘米)
d极/D结≈0.4～0.6,如与此相差太大,应作适当修正。
5、熔铸电压的确定：是熔铸的基本参数。
熔铸工作电压，又称炉口电压或有效工作电压，指的是电极部分与底结晶器间的电压。
电渣炉的电压表一般接在变压器二次边，所以电压表上的电压又称带载电压，也称为无效电压。 V工作=0.6D结+26
6、熔铸功率及其变压器容量的选择：它是一个重要的冶炼参数，是电流、电压的综合反映。
P=27D结-220
式中：P— 变压器容量（千伏安）
D结— 结晶器直径或等效直径（厘米）；系数27的单位是千伏安/厘米
四、电渣熔铸的目标参数
电渣熔铸和其他炼钢一样，必须根据炉况随时进行控制和调整。否则随冶炼过程电参数与渣参数都要变化以致影响电渣过程的稳定性、产品质量以及冶炼效率。它的熔铸过程是每一瞬间熔化与凝固结晶同时进行的过程，这是异于其他一般炼钢方法的突出特点。
目标参数的定义：为了随时掌握与控制炉况，进而实现电渣过程的程序自动控制，就要求有一套代表电渣过程稳定性和冶金质量的参数，作为控制与调整炉况的目标，这种参数称为目标参数（也可以叫几何参数）。
金属熔池的深度、电极埋入深度、熔化率都是主要的目标参数；渣池温度、极间距离、冷却温度、渣皮厚度等也都是有关的目标参数。
五、电渣熔铸工艺规范制定方法：
1、根据用户要求，对产品尺寸、钢种成分、基本性能作全面了解，定出电渣重熔的目的与任务；
2、结合具体车间条件，用有关参数经验计算方法依次确定各种电渣参数；
3、按编制的工艺进行冶炼（或试炼）。
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