【導(dǎo)讀】量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的必要參數(shù)。因此，電渣熔鑄工藝的制定是十分重要的。掌握電渣熔鑄各工藝參數(shù)間的關(guān)系，是制定工藝的重要依據(jù)。術(shù)的反戰(zhàn)歷史較短，各工藝參數(shù)的關(guān)系與選定尚停留于經(jīng)驗(yàn)而未上升為理論。此，本章根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行歸納，闡述各工藝間的關(guān)系。并在次基礎(chǔ)上提出工藝制定的程序、規(guī)范以及具體操作。鑄產(chǎn)品的工藝，供讀者參考。電渣熔鑄工藝制度首先要保證產(chǎn)品的冶金質(zhì)量。具體講，工藝制度應(yīng)保證重熔得精煉效果和良好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。電渣熔鑄工藝必須保證電渣過(guò)程的良好穩(wěn)定性。為此，應(yīng)采用目標(biāo)參數(shù)為依據(jù)對(duì)主要控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使之達(dá)到工藝穩(wěn)。如生產(chǎn)率、電耗、水耗、渣耗等都應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。必須注意電渣熔鑄工藝的一般性和特殊性的統(tǒng)一。應(yīng)有相應(yīng)的比變化。此外，由于產(chǎn)品截面不是簡(jiǎn)單的圓或方。當(dāng)然，還需根據(jù)產(chǎn)品的具體情況作相應(yīng)的修正。與結(jié)晶器直徑相比總有個(gè)減縮率。面積之比稱(chēng)為電極對(duì)結(jié)晶器的充填系數(shù)。

　　

【正文】 按式（ 57）計(jì)算， K 值選 ，故： 煉輥頸電極： d 極 =160 毫米； 煉輥頸電極： d 極 =160 毫米； 煉輥身電極： d 極 =280 毫米； 頸身間過(guò)渡： d 極 =220 毫米。 考慮車(chē)間電極來(lái)源的限制，過(guò)渡段采用 Ф200毫米的軋制電極，其等效直徑d 極 ≈220毫米；而輥身電極采用 Ф200毫米，用雙極串聯(lián)工藝，每支等效直徑： d極 ≈226毫米，雙極等效直徑為： Ф320毫米。 故條件參數(shù)如表（ 55）： 圖 551 電渣熔鑄冷軋輥成品尺寸 41 電極長(zhǎng)度：根據(jù)公式（ 511）計(jì)算。因?yàn)殡姌O夾持器有效行程為 3 米，除去假電極及余頭，每支電極長(zhǎng) .5 米。 雙臂電渣爐的關(guān)鍵是要計(jì)算出電極組數(shù)，計(jì)算結(jié)果為： 上、下輥頸電極（ Ф160毫米）： 4 支（計(jì)算值 支）； 上、下過(guò)渡電極（ Ф2260毫米）： 1 支（計(jì)算值 支）； 輥身電極（ Ф2260毫米）： 5 支（計(jì)算值 支）。 以上電極長(zhǎng)度皆按 米計(jì)算。 ② 渣系選擇：因?yàn)閷?duì)去除夾雜的要求較高，并要求減少 Si 的燒損。故根據(jù)爐渣性能選擇 CaF2Al2O3 或 CaO 渣系都可以。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，選 70%+30%Al2O3渣系為宜。 ③ 渣量的確定：可按公式（ 520）計(jì)算，其中 f 渣深 由圖 520 查得。 輥頸部位 ： 33 0 .7 8 5 ( 3 2 ) 0 .4 1 0 .0 0 2 5 2 6 .54G D f? ?? ? ? ? ? ? ? ?結(jié)渣 渣 深 渣（公斤） 輥身部位： 30 . 7 8 5 ( 5 6 ) 0 . 3 3 0 . 0 0 2 5 1 0 7G ? ? ? ? ?渣 （公斤） 過(guò)渡段渣量采取分批逐步加入或取出的辦法。為避免加取渣量過(guò)多，因此，下輥頸實(shí)際加渣量定為 30~35 公斤；輥身渣量控制為 85~90 公斤（此時(shí)渣厚度約150 毫米左右）；上輥頸渣量參照下輥頸控制。 ④ 電流的選定： 輥頸部分：由于要求熔池深度較小（ 1/3D 結(jié) ）， d 極 /D 結(jié) 取中限，故按公式（ 529）計(jì)算時(shí)，要求結(jié)晶器線(xiàn)電流密度按中限選擇，即 K 結(jié) ≈200安 /厘米，故 A=K 結(jié) D 結(jié) =20032=64（千安） 42 可定為 177。 千安。 輥身部分：由于要求 H 金 =1/3 D 結(jié) ，并采用雙極串聯(lián)工藝，電流應(yīng)比單極方案偏低，所以取 K 結(jié) =160 安 /厘米，故 A=16056=（千安） 可定為 ~ 千安。 過(guò)渡段：由于在該段不斷補(bǔ)加（或掏取）渣料，功率應(yīng)高些，取 K 結(jié) ≈190安/厘米，故 A=19044=（千安） 可定為 ~ 千安。 ⑤ 電壓的確定：首先按公式（ 535）計(jì)算有效工作電壓。 輥頸部分： V 工作 = 結(jié) +26=32+26≈45（伏） 過(guò) 渡部分： V 工作 =44+26≈（伏） 輥身部分： V 工作 =56+26≈（伏） 由于本設(shè)備線(xiàn)路壓降為 25%，故各部位額定電壓分別為： 輥頸： 60 伏，根據(jù)變壓器具體級(jí)數(shù)選 62 伏； 過(guò)渡： 70 伏，根據(jù)變 壓器具體級(jí)數(shù)選 74 伏； 輥身： 82 伏，根據(jù)變壓器具體級(jí)數(shù)選 86 伏。 應(yīng)指明：過(guò)渡段由于補(bǔ)（或?。┰?，希功率高些，故選 74 伏；輥身因采用雙極串聯(lián)工藝，希望電壓偏高，故選 86 伏。 ⑥ 化渣：采用金屬電極固體渣冷啟動(dòng) ，選用 50%CaF2+50%TiO2 的導(dǎo)電渣。電壓為 62 伏，化渣過(guò)程電流不得超過(guò) 5000 安。 ⑦ 冷卻制度：底水箱出口水溫不大于 25℃ ，上結(jié)晶器出口水溫為 40~50℃ 。 ⑧ 抽錠制度：為防止抽錠過(guò)程將鋼錠表面拉裂，故應(yīng)采用勤抽少抽的原則。每次抽 30 毫米。以鋼液升到適當(dāng)?shù)墓潭ㄎ恢枚槌殄V開(kāi)始的訊號(hào)。 ⑨ 填充方法及模冷：連續(xù)逐漸減小電流到最小的穩(wěn)定值，在該值下穩(wěn)定冶煉 43 6~8 分鐘，然后停電。 模冷 30~40 分鐘脫模。 ⑩ 目標(biāo)參數(shù)測(cè)定： 在冶煉過(guò)程進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如下： 部位 H 金 （毫米） V 熔 （公斤 /小時(shí)） H 埋 （毫 米） 輥頸 120~130 200~240 60 輥身 170~180 350~420 75~80 測(cè)定結(jié)果，證明上述工藝是合理的。 電渣熔鑄操作 電極的制備 1. 電極的來(lái)源 電渣熔鑄所使用的電極一般是由平爐、電爐、感應(yīng)爐、轉(zhuǎn)爐冶煉成的?？梢灾苯予T造成型，也可以經(jīng)鍛、軋熱加工成型。電渣熔鑄中空管坯時(shí)，有的采用沖壓或離心鑄造的方法制成中空金屬電極。但是，這種方法不經(jīng)濟(jì)，工藝復(fù)雜，故一般不予采用。而采用鍛、軋加工的金屬電極，但這種方法工序多，成本高，不如直接采用鑄造電極合理。近年來(lái) ，連續(xù)鑄錠制備電極的方法已被使用，這是一種值得推薦的方法。 采用鑄造金屬電極，由于是一次鑄造成型，提高了金屬利用率，縮短了生產(chǎn)周期，從而有利于降低電渣鋼的成本。特別對(duì)高合金鋼、低塑性合金等采用鑄造金屬電極其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。 一般采用鑄造電極不會(huì)影響重熔鋼的提純效果。在鑄鋼中夾雜物尺寸較大，重熔時(shí)易被去除。 2. 電極的成分及脫氧 在電渣熔鑄過(guò)程除某些易氧化元素（如鋁、鈦、硅、硼、稀土等）外，其他化學(xué)元素基本變化不大。元素?zé)龘p主要與電極脫氧、爐渣中不穩(wěn)定氧化物含量、重熔氣氛等因素有關(guān)。譬如，渣中 SiO2 含量很低 時(shí)，即使對(duì)于 C、 Mn 來(lái)說(shuō)在重熔過(guò)程中也不會(huì)有什么變化。如果熔渣氧化性很強(qiáng)，鋼中的 C、 Mn、 Cr 都會(huì)產(chǎn)生明顯燒損。 表 56 列出采用 70%CaF2+30%Al2O3 二元渣重熔某些鋼種時(shí)元素的燒損情 44 況。從表中可以看出，一般重熔過(guò)程中 Al、 Ti 燒損較大。實(shí)踐證明，當(dāng)重熔鋁鎮(zhèn)靜純鐵時(shí)，盡管采用提純?cè)ㄈ墼?SiO2 小于 %），但是鋼中的 Al還是要燒損。 表 56 重熔過(guò)程中元素的燒損 為了保證熔鑄產(chǎn)品的化學(xué)成分，除了往渣中添加脫氧劑或電極表面涂層外，還需對(duì)金屬電極成為提出控制含量（以標(biāo)準(zhǔn)成分為基礎(chǔ)，加上易氧 化元素的燒損量）。對(duì)于某些要求控制晶粒度的鋼種，要求對(duì)所供電極中的 Al含量也控制在一定范圍內(nèi)（一般取為 ~%Al）。 眾所周知，電渣熔鑄產(chǎn)品的非金屬夾雜物含量與金屬電極中的原始含量關(guān)系不大。但與夾雜物尺寸、幾何形狀、物化性能有關(guān)。而這些又是與煉制金屬電極時(shí)的脫氧制度緊密相關(guān)的。特別是對(duì)終脫氧劑的成分、用量影響很大。表 57 列出了軸承鋼電極終脫氧制度對(duì)鋼中夾雜物的影響。 從表中看出，隨終脫氧加 Al 量的增加，非金屬夾雜物的去除率降低。而采用復(fù)合脫氧劑進(jìn)行終脫氧，夾雜物的去除率最高（主要指 AMC 型復(fù) 合脫氧劑）。這是由于 AMC 型復(fù)合脫氧劑可以生成大顆粒、低熔點(diǎn)的硅酸鹽，鋁酸年輕復(fù)合夾雜物。它們?cè)谌坭T造過(guò)程很容易上浮被熔渣吸附。而隨終脫氧加鋁量的增加，則彌散細(xì)小、熔解點(diǎn)高的 Al2O3 穩(wěn)定夾雜物大量生成。這種夾雜在熔鑄過(guò)程較難以被去除。因此，某些對(duì)夾雜物要求嚴(yán)格的鋼種，在電極制備時(shí)就應(yīng)注意鋼的終脫氧問(wèn)題。 45 表 57 電極終脫氧制度對(duì)鋼中夾雜物與氧含量的影響 3. 電極規(guī)格 如上節(jié)所述，電極尺寸是重要的電渣熔鑄條件參數(shù)。它對(duì)于熔鑄過(guò)程的熔化率、電耗、熔池深度等，都有很大影響，見(jiàn)圖 552 所示。 圖 552 充填系數(shù)對(duì)熔化率電耗的影響 關(guān)于電極直徑與長(zhǎng)度按公式（ 57） ~（ 511）計(jì)算即可。此外，電極的彎曲度也是電極規(guī)格的重要內(nèi)容。一般要求彎曲度每米不得大于 10 毫米，彎曲度過(guò)大會(huì)給操作帶來(lái)困難。在使用彎曲電極時(shí)應(yīng)特別注意電極與結(jié)晶壁的間隙，最小安全間隙 δ 可按下式計(jì)算： δ= 結(jié) +1 式中 δ——最小安全間隙（厘米）； D 結(jié) ——結(jié)晶器直徑（厘米）。 46 一般生產(chǎn)中 D 結(jié) 300 毫米時(shí)， δ25~30毫米者， D 結(jié) 300 毫米者， δ60毫米。 Δ值過(guò)小易產(chǎn)生分流或擊空結(jié)晶器。 4. 電極表面處理 鑄造與 鍛軋電極表面不得有夾渣、氧化皮、重皮、飛翅、結(jié)巴等缺陷。因?yàn)槿缬羞@些缺陷存在可能造成重熔產(chǎn)品中元素?zé)龘p、夾雜以及金屬掉塊等缺陷。存放電極期間嚴(yán)禁電極被雨、雪、海水浸濁或油類(lèi)沾污。電渣熔鑄電極在重熔前必須進(jìn)行表現(xiàn)清理工作。在 具有酸洗條件的冶金廠(chǎng)亦可對(duì)電極進(jìn)行酸洗除銹?？傊?，對(duì)含易氧化元素的金屬電極必須去除氧化鐵及鐵銹。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)有氧化鐵皮存在時(shí)，鋼中 Si含量重熔燒損達(dá) 30~35%。除去氧化鐵皮后其燒損量?jī)H有 4%左右。 5. 廢品的利用 金屬電極可以采用一些因各種冶金質(zhì)量缺陷而報(bào)廢的材料，經(jīng)過(guò)熔鑄，同樣可以獲得優(yōu)質(zhì)電渣產(chǎn)品。廢品利用范圍有如下幾個(gè)方面： （ 1）鋁、鈦、硅超上限 30%者； （ 2）各種低倍不合格而報(bào)廢者（如氣孔、疏松、夾渣、點(diǎn)偏等）； （ 3）因表面缺陷報(bào)廢者（如發(fā)紋、裂紋、龜裂、折迭等）； （ 4）因夾雜評(píng)級(jí)、碳化物不均而報(bào)廢者。 熔鑄渣料常用渣料 1. 電渣熔鑄常用渣料 電渣深鑄所用渣料一般為螢石、氧化鋁、石灰、氧化鎂、氧化鈦等。這些渣料的化學(xué)成分、粒度以及烘烤制度參見(jiàn)表 58。 表 58 電渣熔鑄常用渣料 47 熔鑄渣料中，由于存在許多不穩(wěn)定氧化物，引起熔鑄鋼中易氧化元素的燒損。為此，電渣工作者開(kāi)展了大量的提純?cè)系难芯抗ぷ?[9]、 [26]。濕法提純由于價(jià)格昂貴，生產(chǎn)率低，實(shí)用價(jià)值不大，這里不予討論?；鸱ㄌ峒兲幚硎切兄行У姆椒ā？偫ㄆ饋?lái)研究工作不外幾類(lèi)，從采用的熔煉設(shè)備來(lái)看有用碳襯弧爐、感應(yīng)爐、三相電渣爐以及采用石墨電極的單相電渣爐。從采用的還原劑來(lái)看，有碳的金屬還原劑（如 FeAlTi 以及 Al 粉）兩大類(lèi)。從被提純的渣料來(lái)看，一種是單純精煉瑩石，一種是提純比例配好的渣料。 目前，國(guó)內(nèi)普遍采用 FeAl中間合金做為金屬電極。利用電渣爐及其水冷結(jié)晶器對(duì)螢石進(jìn)行提純效果好。一般螢石中的 SiO2 可從 2~3%降至 %以下。渣中的 S 及 FeO 都被去除到微量。表 59 所例舉的 A、 B 兩廠(chǎng)提純螢石的工藝都可達(dá)到這種效果。 48 由上述自由能的值可以看出，反應(yīng)（ 1）只有大大過(guò)熱堵能較激烈地進(jìn)行，而在一般情況下反應(yīng)是困難的。用碳襯還原 SiO2 由反應(yīng)（ 2）可知，必須調(diào)溫精煉。用鐵 鋁電極提純營(yíng)石效果所以好，關(guān)鍵是反應(yīng)（ 3）在精煉渣的各種溫度下皆可進(jìn)行，特別在有 Fe 的情況下，反應(yīng)產(chǎn)物形成 SiFe 沉積在結(jié)晶器底部 ，使反應(yīng)（ 3）的產(chǎn)物 Si迅速離開(kāi)反應(yīng)區(qū)。從而，反應(yīng)（ 3）可順利地由左向右進(jìn)行。 SiO2 在精煉過(guò)程中被還原，其還原速度開(kāi)始是很快的。但隨時(shí)間延長(zhǎng)還原速度減緩，而渣中 Al2O3 有所增加。對(duì) 70%CaF2+30%Al2O3 渣進(jìn)行提純，渣中 SiO2與 Al2O3 變化規(guī)律見(jiàn)圖 553。 渣中除了 Al2O3 可以 外 CaO 也有所增加，在精煉螢石的過(guò)程中，由于有 Al2O3 和 CaO 的存在，對(duì)的還原是不利的，見(jiàn)圖 554 及圖 555。這是由于 Al2O3 和 CaO 降低了 SiO2 在熔渣中的活度。二者分別與 SiO2 生成了復(fù)雜的陰離子團(tuán)，從而使 SiO2 的還原度降低。同時(shí)復(fù)雜陰離子團(tuán)的存在也不利于反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。綜上試驗(yàn)證明，提純?cè)蠎?yīng)以單純精煉營(yíng)石的效果為佳。配成 CaF2 Al2O3 或 CaF2CaO 二元渣系后再提純不利于SiO2 的還原。同時(shí)，二元渣系的比例難以控制，其經(jīng)濟(jì)效果也不佳。此外，由圖553~555 也可看出精煉時(shí)間超過(guò) 2 小時(shí)以后提純效果不大。所以，對(duì)于一定冶煉條件下精煉螢石有一最佳還原時(shí)間，超過(guò)這一時(shí)間意義就不大了。 49 圖 553 精煉過(guò)程中 SiO Al2O3 的變化 圖 554 Al2O3 對(duì) SiO2 還原的影響 圖 555 CaO 對(duì) SiO2 還原物的影響 1含 CaO≈%的螢石； 2含 CaO≈%的螢石 3. 返回渣的使用 50 返回渣的使用是節(jié)約渣料、降低成本的一個(gè)措施。但是由于返回渣中 CaF2降低，其他化合物比例也在變化見(jiàn)表 510。返回次數(shù)增多不利于保證爐渣的正常物化性質(zhì)，以致降低鋼的生熔效果。 重熔一般鋼所用渣系返回使用頂多 2~3 次。返回次數(shù)增多，渣子的破碎困難重熔效果明顯不佳。重熔 Al、 Ti 含量較高的鋼及合金時(shí)，由于渣中不穩(wěn)定氧化物被還原，同時(shí)易氧化元素的氧化物含量在渣中增加，有利于防止這些元素的進(jìn)一步燒損。因此，這種返回渣可用 3~4 次。 使用返回渣的方法有兩種：一是全部用返回渣，這種渣物化性能不佳，而且返回次數(shù)少。另一種方法是每次返回渣僅配入 80%、 70%、 40%。而其余的比例配入新渣，這種方法效果較好，值得推薦。 電渣熔鑄操作 在合理的電渣熔鑄造工藝制定以后，準(zhǔn)確地控制工藝參數(shù)則是保證得到高質(zhì)量熔解鑄造產(chǎn) 品的重要條件。電渣熔解鑄操作，一是執(zhí)行工藝規(guī)程，二是掌握爐況并準(zhǔn)備及時(shí)地對(duì)各工藝參數(shù)進(jìn)行控制與調(diào)整。這是電渣煉鋼工的基本任務(wù)。 1. 操作程