浅谈电渣冶金工艺的特点及应用

2023-02-23

1 引言

电渣冶金指的就是一种通过在渣池区域中运用强电流生成的焦耳热, 使得电渣能够从固态转化为液态, 并在高温液态池中熔化、精炼液态金属的熔炼方法。包括电渣的熔铸、转注和焊接、复合等在内各项电渣工艺技术均归属于电渣冶金的范畴之中。而随着人们对电渣冶金工艺技术的不断提升, 只有通过切实了解电渣冶金工艺的具体特点, 才能将其灵活运用在实际生产之中。

2 电渣冶金工艺的具体特点

2.1 渣池剧烈运动

电渣冶金工艺具有渣池剧烈运动的特点, 也就是说在重熔电渣时需要强烈搅拌渣池, 这主要是由于锥形的电极端头在受到导电截面变化影响之下, 会形成一种轴向点动力由此带动渣池的剧烈运动。此外, 渣池中流经电流的过程当中也会形成一种磁场, 电流流通时也容易出现相应的电磁力, 进而使得渣池出现强烈搅拌运动。钢材中本身含有一定气体, 在电渣重熔时其进入到金属熔池当中, 并从渣池逸出的过程中, 渣池会出现膨胀现象, 由此而生的推动力同样也会使得渣池出现剧烈的搅拌运动。

2.2 渣池出现高温

笔者通过查阅相关文献资料可知通常情况下渣池表面层的温度最高可以达到1700℃, 但渣池的温度则要远远大于这一数值。在电渣重熔当中最常使用的渣系为氟化钙和氧化铝, 但其熔点大约在1300℃, 低于普通钢材1400℃~1500℃的熔点, 因此在电渣与钢液的高过热度下, 能够有效去除杂质及硫化物, 加速物理化学反应。

2.3 电毛细强振荡

液态的金属与熔渣的分界面上如果有交流电经过, 则会出现极性交变, 直接影响到界面上的电位差, 导致界面将会出现剧烈振荡, 并在界面张力的作用下产生电毛细效应。但有研究人员发现, 直流电电渣重熔中如果熔渣组分相对固定的情况下, 其金属页面张力也相对比较固定, 此时则不会出现电毛细效应。

2.4 热渣受到保护

国内外研究学者在对电渣冶金工艺进行研究的过程中, 发现在金属熔池之上, 热渣始终受到保护, 钢液与大气相互隔绝, 有效避免钢出现二次氧化以及缩孔等各种缺陷的出现。而在电渣锭不断生长的过程中, 熔池与渣池也将随之继续上升, 在渣池持续上升的过程中, 会在水冷结晶器内壁上形成厚度匀称且表面光滑的渣层。液态熔渣与渣壳在包裹住钢液之后, 其将会慢慢凝固成渣皮, 从而有效维护钢锭表面光洁如新。

2.5 金属液与熔渣充分接触

电渣冶金工艺的另一大特点便是金属液会与熔渣进行充分接触, 当熔渣中出现大量电阻热时, 自耗电极端头将会从表面开始逐渐融化, 并沿着锥头慢慢形成一层薄膜, 金属细流从锥面逐渐滑移至端头, 短距离的传质使得钢渣能够充分完成精炼反应。但当电渣重熔进入到第二阶段后, 溶滴和熔渣只有极短的接触时间, 而当电渣重熔进入到第三阶段后, 金属液和熔渣能够长时间进行充分接触, 这在无形之中也延长了精炼时间, 有利于钢渣完成所有的精炼反应。

2.6 结晶顺序有序

金融熔池在上下双重作用之下, 导致结晶会按照自下而上的顺序, 或呈人字形或按照垂直方向进行生长。而根据隋铁流 (2015) 的研究之处, 热源移动速度, 也就是熔池的形状以及结晶速度会直接影响结晶的方向, 加之在电力制度的影响之下, 结晶按照自下而上的顺序生产, 可以将残留在液态金属中的夹杂物以及气体充分排出。

3 电渣冶金工艺的实际应用

3.1 优势应用

电渣冶金工艺本身具有较好的稳定性和灵活性, 并且简单易行, 成本低廉, 方便人们对其进行有效控制, 因此在绝大多数的合金以及活性较高的钢当中都都可以有效完成电渣熔炼。随着时间的推移, 电渣冶金中出现了一种全新的工艺技术即电渣熔铸, 其可以成为金属液态模锻的有效代替, 并生成形状、质量俱佳的锻件。加之其收得有价合金元素率相当高, 因此也有效避免了在试生产阶段出现报废的情况。目前在重型机器制造业当中, 电渣冶金工艺特别是电渣熔铸得打了广泛使用, 通常被用于高压气缸的生产铸焊以及冷压、热压模钢坯、轧辊及辊套等生产制造。此外, 在船舶行业、石油化工等其他需要生产各种异型件的行业当中也广泛使用了电渣冶金工艺。譬如冲压模具、齿轮毛坯、三通管等生产制造。

3.2 应用劣势

但电渣冶金工艺并非完美, 其同样存在包括熔炼速度、凝固速度比较慢、熔渣吸气、活泼金属氧化等在内的众多不足[2]。因此在未来电渣冶金工艺的应用方面, 还需要众多对其存在的工艺劣势进行技术攻关, 加快电渣重熔的速度, 并在当前我国环保要求日益严格之下, 严控电渣冶金工艺中的废弃物含量及其对大气、水体的环境污染, 从而使得电渣冶金工艺可以得到更加灵活、广泛地运用。

4 结语

总而言之, 电渣冶金工艺具有高反应温度、渣池运动激烈、金属液和熔渣充分接触且金属液和熔渣界面当中会出现电毛细效应, 并受此影响而产生强烈振荡、电渣结晶有着明确顺序等众多工艺特点。而电渣冶金工艺因其自身带有的特殊性和强大优越性, 使其被运用在机械制造、石油化工等众多领域当中, 但其同样也存在一定的局限性, 需要在日后得到进一步的优化完善。

摘要：经过半个多世纪的发展, 电渣技术的逐渐成熟使得电渣冶金行业迎来了高速发展阶段, 而研究电渣冶金工艺的具体特点与实际应用则是帮助人们深入了解电渣冶金工艺, 提升冶金工艺及成品质量水平的关键所在。因此, 本文将以电渣冶金工艺为主要研究对象, 对其特点和现实应用进行简要分析和研究。

关键词：电渣冶金,液态金属,工艺特点