钢锭工艺流程比较分析
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由于核电、石化等行业设备大型化发展，汽轮机低压转子、加氢反应器及核电锻件等对大型锻件有更高的要求。电渣冶金由于其在金属提纯、凝固、去夹杂等方面的优势，近年来对电渣冶金生产大型钢锭研究较多且取得重大突破。大型电渣炉发展迅速，2008年美国康萨克公司和意大利的鲁别拉(Rubiera)钢厂签署100t电渣炉合同；同年奥地利因泰克冶金设备公司分别和德国的萨尔钢铁公司(Saarstahl)及意大利的弗马斯锻造厂(Fomas)签署100t和110t的电渣炉合同；2010年康萨克为日本制钢所(JapanSteelWorks)制造安装了150t同轴电渣炉，为世界上最大的同轴电渣炉。采用电渣冶金法生产大型钢锭主要有电渣重熔法、电渣焊接法、电渣浇注法及电渣热封顶法，本文将作详细介绍。
1电渣重熔法
采用电渣重熔法生产大型钢锭一般采取大电流(有的甚至高达70kA)冶炼，因此，炉子短网电气特性就显得非常重要，否则功率因数不高，有用功太低，会给熔炼造成很大困难。为了降低大电流网路感抗，提高功率因数一般采取双极串联、低频供电或同轴布置。如萨尔钢铁公司的165t电渣炉就采用0~10Hz的低频电源，功率因数达0.98，生产出的钢锭如图1。为了获得所需要的锭重和锭长，大型电渣炉普遍采用换电极和抽锭工艺。为了便于抽锭，一般使用短结晶器。抽锭方式有两种，分别为结晶器固定、向下抽钢锭和钢锭不动、向上移动结晶器。如我国上海重型机器厂的200t级电渣炉和萨尔钢铁公司的165t电渣炉就是固定结晶器向下抽钢锭，伯勒尔公司制造的电渣炉则常常采用钢锭不动，结晶器上移的方式抽锭。大型电渣炉必须具备完善、可靠的熔炼工艺，如成分均匀性控制、低氢控制、低铝控制、低夹杂物控制、抽锭技术和造渣制度等。而且这些技术因炉型结构和熔炼钢种有所不同。上海重型机械厂200t级电渣炉(图2)生产钢锭的纯净度极高，碳含量变化为±0.01%、氧含量为0.001%，氢含量小于0.0001%，铝含量控制在0.005%~0.007%之间［1］。
2电渣焊接法
电渣焊接法焊接钢锭是采用大截面板极双极串联系统，将较小钢锭焊接在一起，以生产较大尺寸的钢锭，如将50~60t锻坯焊接成180~250t的汽轮机转子［2］。该法可焊接圆坯、方坯和其它与所焊成品横断面形状相近的钢坯，焊接处的化学成分与基体金属一致。电渣焊装备如图3所示。采用化学成分与所焊钢锭相同的板极自耗电极插入渣池，供电方式为双极串联从而减少线路的电感。板极自耗电极较传统大量焊丝的焊接方法有以下优点：①简化电焊设备；②增加了焊接的可靠性，降低了焊接接头发生缺陷的可能性；③在焊接过程中不需要对工件进行预先加热或同时加热；④保证了焊接接头的化学成分和结构的均匀性；⑤保证了焊接工件具有高而均匀的力学性能。
3电渣浇注法
这是一种利用小的熔炼设备获得大钢锭的方法［3］。其原理见图4所示，用两根石墨电极双极串联接交流电，在结晶器内化渣，待渣化清后将钢液注入结晶器中，进行导电渣洗，使钢液纯净化，钢液在结晶器中从下向上凝固成钢锭，可分批浇铸最后进行热封顶。采用电渣浇注法生产出的钢锭金属收得率比普通钢锭高，组织致密度和力学性能也优于普通钢锭。实践表明，采用分批电渣浇注可以由小容量的炼钢炉浇注在重量方面实际上几乎无限制的优质大型锻造钢锭。例如，用35~50t电弧炉熔炼，钢液经真空脱气，分4~6批浇注重200t的锭子。
4电渣热封顶法
电渣热封顶法又叫ESHT，即将用常规方法冶炼的钢液浇铸到钢锭模或铸模中后，在冒口部位采用电渣过程对钢液进行加热保温的电渣冶金技术。这一技术使在钢锭的凝固过程中冒口区域的金属始终保持液态直至钢锭凝固完毕，此过程能消除钢锭中心出现的疏松和缩孔缺陷，是对普通浇注工艺的改进，可以提高普通钢锭的质量［4，5］。电渣热封顶的设备如图5所示，浇注后在钢锭模上方安装特制的冒口，加入渣料，插入电极即可开始电渣加热保温过程。电渣热封顶所使用的电极一般有石墨电极或金属自耗电极，采用单相或三相供电，保温冒口有两种类型，即特制的水冷冒口或内衬耐火材料的冒口。电渣热封顶法的优点是节约金属，提高金属收得率，提高钢锭中心化学成分的均匀性和钢的纯净度，同时改善了钢锭中心的凝固质量。与电渣重熔相比，采用电渣热封顶大型钢锭的生产更容易且效率较高，但其钢锭的质量与电渣重熔钢锭相比各方面都还有差距。电渣热封顶工艺特别适合大型钢锭和大铸件的生产，钢锭或铸件越大，采用电渣热封顶工艺的效果越好，其经济效益越高。
5总结
（1）电渣重熔法生产大型钢锭工艺复杂，渣钢作用充分，钢锭纯净度、组织均匀性及致密度高，产品质量较好。
（2）电渣浇注无需专门生产自耗电极，生产率高，相比电渣重熔能耗、成本均较低。
（3）电渣热封工艺适合生产大型钢锭和大锻件，且钢锭越大效果越好，经济效益及生产效率较高，但是和电渣重熔法相比钢锭质量较差。