电渣重熔技术专题讨论

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3 J# X. k: h" K6 S. s5 X4 X某新建大型电渣重熔项目


6 z- C9 z4 E" g: K1 X一、建设项目概述

' B+ A& D& P% i5 A) r& I- W% ~某钢铁集团公司承担了“十一五”国家重点科研课题《超大深度耐压壳体用钢》项目，对钢有很高的强度和韧性指标要求，提高钢的纯度、降低钢中的杂质元素含量，确保钢的良好的强韧性配合，是科研课题的的成功关键。某钢铁公司与某大学等单位合作研制开发了圆坯和大型扁坯兼容的电渣重熔设备，目前国内同类生产企业还没有大型扁坯电渣重熔生产线，该电渣重熔设备的研制开发填补了国内空白。
经电渣重熔后的特种钢材冶金性能明显改善，尤其是低温韧性大幅提高，其产品几乎遍及国民经济的各个部门，如在航空、航天、汽车工业、石油化工、铁路部门、能源工业、轻工业等都有着广泛的应用。
为了满足高质量特种钢材的市场需要，同时为了振兴某老工业基地，发挥我市钢铁优势发展钢铁深、精加工，某钢铁集团公司决定建设大型电渣重熔项目，新建15t和40t的电渣炉各1台，年产15000吨特种钢材-圆坯和大型扁坯，厂址位于某市**工业园区。
本工程建设内容包括电渣重熔生产设施、生产辅助设施等。
# K! ]. v  Q* s9 b# l: e" n二、建设项目对环境的影响及主要污染治理措施
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8 p+ G% G7 H, s/ a- u1. 本项目生产工艺

原料连铸钢坯首先送抛丸机进行表面清理，，然后采用电焊机焊接成为自耗电极，自耗电极送电极预热炉进行端部预热。
! j& I% [; L9 U% V  f5 J* |渣料首先送渣料烘干机烘烤，以去除水分，然后送化渣炉熔化。将已熔化的渣液注入电渣炉中，再将预热后的自耗电极送至电渣炉，插入渣液中。
电渣炉利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极，在熔化状态，渣液具有导电性，随着电流的通过，渣液会越来越热，电极末头浸在超热的渣液里并开始熔化。渐进熔化后，金属熔滴通过渣液后，滴入结晶器，渣液与金属中杂质反应而溶解了杂质，纯净了金属。
电渣重熔得到的扁坯和圆坯首先送带盖的保温坑进行保温，再送到退火炉退火，然后采用吊砂轮进行表面打磨清理，即得成品。
2. 本项目对环境的影响及主要污染治理措施
①废气及治理措施
/ F5 ~- n; ]( i* K本工程共设2台电渣炉，设计上使用1台布袋除尘器处理电渣炉熔化金属时产生的烟尘。在电渣炉上方设置除尘罩，除尘罩的捕集率大于95%，两台电渣炉共用1套除尘器，除尘器的除尘效率达99%。处理后废气由20m的排气筒排放，除尘器排放口气体含尘浓度低于《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）中的二级标准。
本项目电极预热炉采用高炉煤气和焦炉煤气组成的混合煤气为燃料，混合煤气来自某厂区的煤气管道，焦炉煤气已经过脱硫，含硫量为20mg/m3；高炉煤气含硫量为10mg/m3。燃烧废气由20m高烟囱排放，烟尘、SO2的排放浓度及烟气黑度均满足《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）中的二级标准的要求。
1 Q# x. l4 t! D, A  F7 D8 l由于本项目焊接工作量较小，根据对同类企业的调查和类比分析，本项目焊接产生的焊烟大部分会沉降在厂房内部，预计逸散到厂房外环境中的量极少。
2 B0 V; g6 }9 L" k本项目原料钢坯需要进行抛丸表面清理，抛丸清理过程中将产生粉尘，粉尘主要为钢坯表面的铁粉，本工程抛丸清理机本身带有袋式除尘器除尘，抛丸箱为密封式，捕集率可达100%，袋式除尘器的除尘效率为99%，排气筒粉尘排放浓度和排放速率均符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）二级标准要求。
本项目产品打磨处理在单独的房间内进行，可较好地控制钢屑粉尘。由于钢屑粉尘密度较大，基本落在作业区周围2.0m范围内，排放到外界环境的粉尘极少。
预计本项目无组织排放粉尘厂界外最大浓度可满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2中的无组织排放粉尘最高允许浓度要求。
②废水及治理措施
本项目电渣炉结晶器需要通入软化水进行冷却，软化水经板式热交换器冷却后回用。本工程板式热交换器采用水进行冷却，经冷却塔冷却后循环使用。
, p5 F( d! A* q$ d9 n本工程外排水量合计约为9m3/h，为除盐水站排水、循环冷却水排污水。本工程外排水质满足《*省污水和废气排放标准》（DB21-60-89）中的二级新扩改标准，排入**工业园区排水暗渠，最终汇入**河。

0 W; |; h/ d( D! ?% K1 \7 Q; N③噪声、固废及治理措施
3 M& L- o  x) c$ _  D本工程对于产生的噪声采取消声、隔声、减振等措施，厂区边界昼、夜噪声可满足《工业企业厂界噪声标准》中的Ⅲ类标准限值。
0 R# X  b0 K' g- w: n, P本项目产生的固体废弃物均为一般工业废物，均得到再次利用和妥善处理，符合有关固体废弃物的处理规定，对周围环境影响较小。

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电渣重熔原理
电渣熔铸工艺是把电渣重熔精炼与铸件凝固成型两道工序结合，一次完成铸件成型的铸造工艺。所生产的铸件即有良好的内部质量，又有较高的材质性能。     在熔铸开始时，首先在结晶器底部形成高为100～200mm的熔渣层，既能导电，又有一定的渣阻。当接通电源的自耗电极浸入熔渣层中时，在渣池中形成强大的电流，产生的热量使熔渣的温度升高。当熔渣湿度超过自耗电极的熔点时，自耗电极被熔化，熔化的钢水以液滴的形式从电极表面靠重力穿过渣池。在这一过程中，渣池将金属材料中的有害元素及夹杂物吸收，净化后的钢水在渣池底部汇成熔池，在循环水的强制冷却下凝固，形成铸件本体。在熔铸的过程中，自耗电极的熔化、钢水的净化和填充以及顺序凝固终不断地进行，直到结晶器被全部充满，完成全部熔铸过程。

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电渣重熔得到的凝固本体外型与其最终使用要求有关。本体尺寸在随后的锻造过程中应满足最小锻造比要求。因为电渣重熔后的柱状结晶状态不能满足使用要求。
7 x7 U' e6 Z/ m/ S: ^请教各位，自耗电极的回收率大致是多少？凝固本体体积占洁净器的百分比？熔化渣层体积占洁净器体积的百分比？

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请问,国内有电渣重熔设备的企业有哪些,分别在生产什么产品

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电渣重熔基本过程如图所示。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，钢-渣充分接触，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-渣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。

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1980年4月，一台200吨级的大型电渣重熔炉在上海重型机器厂试制成功。它是中国最大，也是世界上最大的一台电渣重熔炉。
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+ Q' w" l, w0 z* ]8 S0 x8 `2 \+ L+ `8 r大型电渣炉建设是一项重大工程。整个工程由副总工程师林宗棠负责领导和组织，北京钢铁学院朱觉教授任顾问，上海重型机器厂和北京钢铁学院共同开发研制。重熔工艺和车间设计由刘椿林负责；电渣重熔设备由皇甫埏负责设计；高压和低压电气由苏烨和谈家宝负责设计；土建和公用部分由上海机电设计研究院设计。从1972年11月起到1974年12月止，刘椿林和北京钢院教师刘海洪带领试验小组在上重厂和有关工厂先后进行了多项试验，以确定电渣炉设备的设计参数、重熔和抽锭工艺参数。这台三相三摇臂双极串联式的大型电渣炉由三个小机架呈等边三角形布置构成。每个小机架有一根18米高的立柱。三根立柱的底部固定在地基上，中部和顶部用曲梁连结，构成电渣炉本体。在中部曲梁上安放直径2.8米的铜衬钢壳水冷结晶器。每根立柱的上部通过传动装置装有可以上下运动又能左右旋转的摇臂。摇臂的一端装有电极夹持机构，可以夹持相互绝缘而串联的两根电极。三个摇臂共悬挂六根电极。每两根电极由一台单相变压器供电。这样六根电极便组成三相双极串联回路。电极直径为500毫米，每根重约5吨。结晶器下部有一台带水冷却底板的电动平车，平车载重可达300吨。平车放在能沿三根立柱上下运动的活动平台上。重熔开始前，活动平台上升使水冷底板将结晶器下部封住，然后在结晶器内造渣和重熔电极。六根钢电极同时进行重熔，经过一定时间电极重熔将尽，三个摇臂轮流地换上新的电极，以便熔炼出一个大的电渣锭。随着钢电极的重熔，结晶器的渣液面便不断上升，达到一定高度后便进行抽锭操作，即在渣液面上涨的同时不断将水冷底板向下缓慢降落，以得到有一定长度和所需吨位的大型电渣锭。钢锭炼成后，平台下降，钢锭便从结晶器内抽出，电动平车载着钢锭沿着轨道开出炉外。

这台电渣炉有以下特点：双极串联供电，可以减少回路感应，提高电功率因数；采用三相电源，有利于外网络电压平衡；三摇臂轮换电极，用小截面电极重熔大钢锭，有利于控制电极成分偏析；采用抽锭操作，能用短结晶器重熔长的钢锭。
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用它重熔钢锭制成的锻件，1982年通过国家鉴定，同意用这台电渣炉为中国第一台核电站——秦山30万千瓦核电站生产安全一级压力容器用钢锭。接着为核电站的蒸发器和稳压器提供了所需的全部大型电渣锭。其中最大的两只电渣锭单重分别为205吨和207吨。
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2 c* z2 @; d* l; J/ S+ f后还用这台电渣炉重熔了火电锻件和化工容器用的大型电渣锭。它生产的大型电渣锭经过国家鉴定，表明电渣钢纯度高，成份均匀，性能良好，韧性特别优良。从而为中国优质大型锻件的制造开辟了一条新的途径。

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可否介绍一下具体产品的工艺流程

雁南飞

　电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。电渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺的设备条件。
. G5 D- h9 V3 a0 n　　电渣重熔的产品品种多，应用范围广。其钢种有：碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。
+ I: P/ {' b. j, k4 J1 d　　电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。
2 X5 J0 W0 Q: e6 ~+ Y7 W　　近些年来，电渣熔铸新工艺逐渐引起了国内外工程技术界的重视，许多工业部门在加紧研究和使用电渣熔铸产品。在发展这项新工艺方面，原苏联、日本和美国的研究成果较多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英国、瑞典和法国。我们东北大学电冶金研究室在发展电渣熔铸新工艺以及研制使用它的异型件方面取得了以下成果：
, F4 P# Y, N3 f/ t' x　　电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和柴油机曲轴等。
6 u0 y2 p, x, c5 G; @　　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。
8 H' E6 G6 E7 w& K" Q& b. X+ f, u　　把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。生产的品种包括：优质合金钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金以及铝、铜、钛、银等有色金属的合金。1980年世界电渣重熔钢生产能力已超过120万吨。中国1960年建成第一座电渣炉,其后得到很大发展。最大的是上海重型机器厂电渣炉，钢锭重达200吨.大连远东工具的电渣重熔钢生产能力已经进入国内领先水平。
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雁南飞

简易电渣重熔基本过程：
: d; H' o- G2 a　　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,钢-渣充分接触，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-渣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。
9 _  T1 K( P9 F6 y, w　　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CaF□较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置。
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千捶百炼

与钢产品原材料对应的 电制度+渣制度= 合格的电渣钢