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应“钢”而变 先进电渣冶金装备技术巡礼
来源:    作者:    发布时间:2012-08-01 09:54

 我国电渣冶金技术从1958年诞生至今,已有50年的发展历史。经过几代电渣冶金工作者的辛勤工作和不懈努力,我国电渣冶金装备与工艺技术取得了长足的进展,不断满足着钢铁生产的特殊需求。尤其是近年来,随着大型电渣炉装备、称重恒熔速控制电渣炉、高效节能连铸式电渣炉、双极串联电渣炉等先进装备和技术,先后在宝钢、上重、兴澄特钢、舞阳特钢、天工集团等开发应用,电渣冶金在我国国民经济中发挥着日益重要的作用,在世界电渣冶金舞台上扮演着愈加重要的角色。

先进装备层出不穷
大型电渣炉。我国虽然是电渣冶金起步较早的国家,但是多年来电渣炉的吨位普遍相对偏小。20世纪80年代中期我国拥有10吨以上电渣炉的厂家仅有上海重工、齐钢等几家。近些年来,国民经济各领域对电渣钢的需求不断增加,推进了电渣炉向大型化发展。目前10吨以上电渣炉几乎遍及全国,20吨的电渣炉也逐步增多,东北特钢拟建造100吨电渣炉,上重将要建造450吨电渣炉。
称重恒熔速控制电渣炉。新型恒熔速电渣炉,把称重系统安装在横臂上或者炉头上。一般称重系统由几个重力传感器组成,计算机通过重力传感器反馈的电极重量的变化计算出各时间点的熔化速率和电渣锭的重量,并通过调整变压器的输入功率把熔化速率控制在工艺要求的范围之内。目前,国内开发的电极检测系统已经可以克服电极运动和电磁场干扰对系统精度的影响,使称重系统的检测精度达到0.02%,熔化速率控制精度达到±7%。
气密型保护气氛电渣炉。随着科学技术的飞速发展,各领域对钢材质量提出了越来越高的要求,新型气密型保护性气氛电渣炉应运而生。目前,欧美发达国家新建的电渣炉大多具有保护气氛装置,我国也引进和开发了几套保护气氛电渣炉,使用效果良好。新型保护性气氛电渣炉使用的是气密型惰性气体保护罩,从电极料杆到结晶器上口用一个完全致密的不锈钢金属罩封闭,密封效果很好。惰性气体可以在气密罩内积蓄并形成一定的压力,既防止重熔过程中电渣钢增氢,也防止大气对与金属电极和渣池的氧化。同时,电渣锭头尾的化学成分均匀性也大大优于普通电渣炉生产的电渣锭,包括重熔含铝、钛钢在内,电渣锭的头尾铝、钛等化学成分偏差极小。
高效节能电渣连铸设备。传统电渣重熔采用一次重熔一个钢锭的间歇式生产方式,生产效率低,且钢锭在后步锻造或初轧开坯过程中钢锭头尾去除量较大,钢的成材率低。另外,传统电渣重熔电极的熔化速度受到很大的限制,生产成本较高。为此,奥地利因泰克公司开发了快速电渣技术,铸坯的表面质量和内部质量良好。自2002年起,我国也进行了电渣连铸技术的开发研究,采用双极串联、交换电极、液面检测与控制、连续拉坯及在线切割等技术。
先进技术应运而生
电渣重熔全过程的自动控制技术。此前,国内的电渣炉自动控制,并不是真正意义上的计算机控制,而是仅仅满足于用计算机进行一般的过程控制,甚至是某一过程的控制。比如仅对正常重熔期重熔电流、电压进行控制。有的不能控制启动和补缩,更不能控制熔化速率。近年来,电渣装备的自动控制技术有了长足的进步,如渣料及脱氧剂的加入,电流、电压、渣阻及熔化速率的控制,以及电极重量、位置及安全连锁状态,不仅能在监视器上显示,还能通过计算机发出的指令自动进行有效控制和调节,确保工艺的再现性。
可控气氛电渣重熔技术。电渣重熔通常在大气下进行,重熔合金中的氧含量取决于主要脱氧元素的浓度和该脱氧元素的氧化物在渣中的活度。此外,渣池上的氧分压或多或少也会产生一定的影响。过去通常采用往渣池中加入脱氧剂的方法对熔渣连续脱氧,但是这会导致熔渣成分的改变。随着钢种的发展和质量要求的不断提高,出现了不同气氛的电渣重熔技术。目前,可控气氛电渣炉主要有几种形式:惰性气体保护,其主要目的是防止重熔过程钢中活泼金属元素被氧化,主要采用氩气保护或氮气保护;干燥空气保护电渣炉,适合于重熔对氢比较敏感的钢种,特别是大型钢锭;真空电渣炉,有利于生产气体含量要求高的钢种和金属,如超级合金、钛合金等;加压电渣炉,主要用于生产高氮钢,产品中氮含量可达1.0%以上。
大型电渣重熔钢锭凝固偏析控制技术。随着钢锭直径的增加,中心的冷却条件恶化,钢锭中心偏析、疏松、缩孔等普通钢锭的缺陷会随之产生,电渣钢锭的凝固特征消失,钢的各种性能发生下降。解决这些凝固缺陷的关键是严格控制电极的熔化速度。为此,我国开发了电渣重熔过程中凝固过程的数学模型,将工艺参数与电渣锭的凝固参数,如局部凝固时间和偏析系数等相结合,实现了数学模型的实际应用。在此基础上,我国还开发了递减功率凝固控制模型、电极插入位置自动控制技术(恒渣阻控制)、智能化的电渣炉成套设备和工艺技术。实践证明,合理的熔化速度对于保证大型钢锭的凝固质量非常有效。

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