所用原料为氧气转炉炼钢、电弧炉炼钢、感应炉熔炼或有衬电渣熔炼获得的产物,其状态可以是铸态、轧态和锻态。用直接还原铁、废钢及铁合金等初级金属物料为原料的冶炼方法不属于二次重熔精炼技术范畴。重熔精炼过程都是在还原条件下进行的。
工艺特点:①用炼钢等冶炼方法获得的金属作原料,在重熔过程中金属的基本成分不产生重大改变,重熔过程的主要任务在于去除有害杂质和补加少量元素。②重熔过程所用能源是电力,能源的化学性质为中性。③冶炼过程处于还原性气氛中,对所冶炼的金属有强烈的精炼效果。
主要的二次重熔精炼技术有:
①电渣重熔(ESR)。利用电流通过水冷结晶器内的熔渣层产生焦耳热(电阻热)加热、熔化自耗电极,完成精炼的技术。电渣过程只依靠电阻热,不产生电弧。重熔过程金渣反应充分,精炼和凝固效果理想。电渣重熔装备简单、操作方便、建设和运行费用都很低,在特殊钢等制造业广泛使用。
②真空感应熔炼(VIM)。用真空感应炉进行二次重熔精炼的技术。真空感应炉是在真空室内的高频或中频无芯感应电炉,冶炼后的浇铸工作也在真空室内完成。
③真空电弧重熔(VAR)。冶炼装置是真空自耗炉,在真空下利用电弧将自耗电极熔化、精炼的技术。炉内工作压力一般在1.0~0.1帕,电弧区的实际工作压力较高,可能达到13~130帕。真空电弧重熔有两个重要特点:一是熔炼过程中金属不与耐火材料接触;二是炉料边熔化边凝固,得到的锭子可完全消除一般锭中常有的缩孔、中心疏松和偏析等缺陷。
④真空电子束重熔(EBR)。冶炼装置是真空电子束炉,用一个或数个电子枪发射出电子束,轰击被熔物料(作为阳极),使之熔化,熔化的物料滴入一水冷铜结晶器,凝固成锭。电子束工作区间的真空度很高,为10-1~10-5帕。
⑤等离子弧重熔(PAR)。使用惰性气体等离子射流将物料加热、熔化、精炼的冶炼技术。等离子弧重熔为常压操作,但有惰性气体保护,有较好的精炼效果。
这5种重熔精炼技术中,真空感应熔炼所用原料为块状,对于含大量高价合金的产品,往往预制成为母合金,再在真空感应炉中重熔精炼。
电渣重熔、真空电弧重熔、真空电子束重熔、等离子弧重熔技术的冶炼特征见表。
项目 | 电渣重熔(ESR) | 真空电弧重熔(VAR) | 真空电子束重熔(EBR) | 等离子弧重熔(PAR) | ||
热源 | 熔渣电阻热 | 电弧 | 电子束 | 等离子弧 | ||
主要设备 | 交流变压器 | 直流电源真空系统 | 电子枪高真空系统 | 直流电源等离子发生器 | ||
重熔原料 | 预合金化、预成形料 | 预合金化、预成形料 | 预合金化、预成形或块屑料 | 预合金化、预成形或块屑料 | ||
可否加入合金 | 微量调整 | 微量调整 | 可加入 | 可加入 | ||
温度调节 | 温度升高有限,有条件可调 | 区域高温不可调 | 可以过热熔炼,温度分布可调 | 可以充分过热,温度分布可调 | ||
一般最大锭重(吨) | 200 | 52 | 18 | 1 | ||
大锭熔化率(吨/时) | 2~3 | 约1 | 1.2 | 0.5 | ||
钢锭表面 | 光洁 | 表面差,需清理 | 表面差,需清理 | 良好,但不光洁 | ||
去 气 体 效 果 | 脱氧 | 氧化物降低 | 良好 | 最佳 | 决定于载流气体 | |
去氮 | 溶解氮 | 可降低 | 可降低 | 可降低 | 可降低 | |
氮化物 | 不分解 | 部分分解 | 可分解 | 可分解 | ||
去氢 | 有争议 | 近于平衡 | 近于平衡 | 取决于载流气体 | ||
去除非金属夹杂物 | 去除氧化物、硫化物 | 去除氧化物 | 去除氧化物 | 去除氧化物 | ||
脱硫 | 良好 | 不能 | 不能 | 不能 | ||
热塑性 | 最好 | 一般 | 较好 | 一般 | ||
比电耗 (千瓦·时/千克) | 1.2~1.7 | 1 | 1~2 | >2 | ||
生产成本 | 最低 | 比ESR高 | 昂贵 | 较贵 |