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理、渣池中的电弧放电现象、电渣重熔过程中镁的控制、工艺参数优化匹配与热平衡计算以及新渣系的开发等有许多独创性的工作[11，12，3 ，14，15 ]，我国的电渣冶金技术已经处于世界先进水平。
目前，全世界电渣钢的年生产能力约为300万吨。我国大部分特殊钢厂都建有电渣重熔车间，拥有工业电渣炉300多座，年生产能力可达100～120万吨，而且我国电渣钢的产量每年正以20%～30%的速度快速递增[16] 。有关专家预测电渣重熔将会在以下方面发挥更大作用：
(1) 在中型及大型锻件生产中，将处于垄断地位。在能源工程、冶金机械、石化工程，特别是核电产业的发展过程中，需要大量高端优质的大型锻件。据统计[17]，近期我国正在筹建的核电机组数量达到40台以上，大型电渣冶金工艺技术在核电建设中大有作为；
(2) 在含N超高强钢、优质工具钢、模具钢、双相不锈耐热钢、管坯、冷轧辊生产领域中占绝对优势，真空电弧重熔在这一领域必为电渣重熔所取代；
(3) 在超级合金领域(高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金)，电渣重熔与真空电弧重熔处于竞争局面，在80年代末，电渣重熔在产量上已超过真空电弧重熔；
(4) 在有色金属生产方面，电渣重熔处于方兴未艾的阶段； (5) 电渣重熔空心锭和电渣重熔异型铸件具有独特地位；
(6) 电渣冶金的发展前途是电渣技术走出单一结晶器重熔而与钢铁冶金流程相结合成在线工序，成为冶炼、精炼、连铸的一个环节[18,19,20,21,22]。
可以看出，电渣钢仍具有很大的发展空间，不断提升我国的电渣冶金技术水平，对实现我国由钢铁大国向钢铁强国的转变具有重要现实意义[23,24,25,26]。 1.1.2 电渣冶金过程熔渣的作用和意义
1) 炉渣在冶金过程中的作用
⑴ 在冶炼过程中，熔渣起着熔炼和精炼金属的作用，熔渣几乎容纳了炉料中大部分杂质，如脱硫、脱磷等精炼反应均在钢渣界面间进行，产物进入熔渣中。
⑵ 熔渣能汇集、分离有用金属和合金。
⑶ 炉渣覆盖在金属熔体表面上，使金属不被空气直接氧化，同时减缓气氛中H2O、N2等有害气体溶入金属熔体。
⑷ 在焙烧过程中，渣料起粘合剂作用，使烧结矿和球团矿具有一定的强度。
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⑸ 在电渣重熔中，熔渣不但对金属进行渣洗精炼，更主要的是熔渣为熔炼过程的发热体。
⑹ 炉渣对炉衬有侵蚀作用，使炉子寿命缩短。另外，如果炉渣的物理化学性质控制不当，炉渣中将夹有金属颗粒和未还原的金属氧化物，使金属回收率降低。这些作用对冶炼都是有害的[27]。
电渣组成是电渣精炼过程控制的核心部分，电渣冶金主要通过对电渣的控制实现其各项冶金任务。
2）熔渣在电渣重熔过程中有三个作用[28,29]：
(1) 重熔过程的热源。电渣重熔的过程中，熔渣产生大量的电阻热，渣池的局部高温区可以达到1800℃，保证自耗电极熔化，促使冶金反应的顺利进行；
(2) 净化精炼作用。在高温熔渣中，电极端头的金属，熔化形成液膜，滴落而进入金属熔池，会在金属-熔渣界面上发生一系列的冶金反应（如脱硫、夹杂物的去除等），熔渣对金属起着精炼提纯的作用；
(3) 炉渣的保护作用。金属熔池始终被熔渣所覆盖，因而液态金属与大气隔离，能够减弱大气对金属中合金元素的氧化，减少气体含量的增加；
(4)成型作用，在重熔金属的凝固过程中，钢锭表面还会形成一层薄薄而均匀的渣壳，能够起到保护结晶器不受高温熔渣的直接接触，并使锭的表面光滑，容易脱模。
对电渣功能的调整主要通过对炉渣成分的控制实现，炉渣的成分直接决定了电渣的物理化学性能和冶金性能。所以研究炉渣成分变化对电渣物理化学和冶金性能的影响具有十分重要的意义。 1.1.3 电渣冶金渣系开发研究现状
根据炉渣的基础组成，按照其组元是否含有CaF2可以分为高氟渣、中氟渣、低氟渣、无氟渣和特殊要求渣；按照渣系酸碱性分类，电渣重熔用渣可分为酸性渣和碱性渣；按照炉渣组元划分可分为二元、三元、四元、五元炉渣。
早期电渣重熔最广泛使用的渣系70êF2+30%Al2O3，它具有较好的综合工艺性能及一定的脱硫、去除夹杂物的能力，但在使用过程中存在一些缺点[30,31]：
（1）渣的比电阻低，熔渣发热量不足，重熔电耗高； （2）重熔过程中熔渣成分不稳定，影响重熔工艺稳定性；
（3）因含有大量的CaF2，在重熔过程中产生大量有害的氟化物气体，不仅对
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操作人员健康有害，而且严重污染环境；
（4）由于含有Al2O3，重熔钢中非金属夹杂物以脆性铝酸盐及刚玉为主，影响钢的塑韧性。
为了杜绝氟对环境的污染，并且在允许范围内尽量增加渣比电阻，利用较大的渣阻热来达到加快熔速，降低电耗的目的，冶金工作者进行了大量的研究工作，开发了一系列的电渣冶金用渣系。概括起来，主要有如下几类：（1）电渣重熔渣系开发以CaF2-Al2O3系为主，根据需要适当添加CaO、MgO、TiO2等组元，一般要求渣系中SiO2含量要低，而渣中FeO和P、S杂质也要尽可能少[32]。文献[33]根据有关资料及氧化物二元系相图，选择了以性质相近来源丰富的CaO代替CaF2的CaO-Al2O3为基的氧化物渣系。考虑在渣中加入少量MgO及SiO2，以取代一部分CaO及Al2O3，取得了良好的冶炼效果。文献[34]系统地研究了低氟和无氟渣的物理化学和冶金性能。目前已经研究和开发的渣系如下表所示。
表1.1 国内开发的电渣冶金渣系[1]
渣类别 渣标号 ANF-6 高氟渣 化学成分，% CaF2 70 60 65 Al2O3 30 35 25 CaO 5 10 NaF 15 20 25/30 25 30 40 10 10 10 10 SiO2 30 0/5 5/10 4 25 10 4 MgO 10 5 17 5 5 20 9 10 用途 不锈钢，工具钢，结构钢，轴承钢， 模具钢 高温合金 低熔点合金 同上 同上 不锈钢，轴承钢 轴承钢，炮管钢 轴承钢 超级合金 结构钢 高Al合金 钢研-2 钢研-1 中氟渣 433 L-3 L-4 F-1 F-3 SRA-4 A-2 特殊渣 80 60 40 35/45 25/30 18 15 15 48 50 55 55 50 79 10 25 30 30/40 30/35 40 50 40 48 50 10 25 6 7 低氟渣 无氟渣 酸性渣 稀土二元 稀土四元 60 50 RexOy 40 RexOy 30
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表1.2 前苏联开发的部分电渣重熔渣系[1]
化学成分% CaF2 Al2O3 CaO TiO2 MgO BaO ZrO2 NaF RexOy AHФ-5 80 20 渣系 AHФ-6 AHФ-7 AHФ-8 AHФ-9 AHФ-19 AHФ-20 AHФ-21 AHФ-1Ⅱ AH-29 AH-291 AH-292 70 80 60 80 80 80 50 95 18 30 20 25 55 40 60 20 20 5 45 25 35 25 17 20 5 20 20 适用范围 铜合金 不含B和Ti的钢和合金 不含B和Ti，Al的钢和合金，具有强的脱硫能力 不含B和Ti的钢和合金，具有强的脱硫能力 不含B和Ti，Al的钢和合金 与AHФ-8相同，渣池温较高 用于钢与合金的脱磷 含Ti，Al的钢和合金 含B，Ti，Al的钢和合金 不含B和Ti的钢 不含B和Ti的钢与合金 不含B和Ti的钢与合金脱硫良好 1.2电渣冶金基础理论
1.2.1 炉渣结构理论研究的目的和现状
冶炼过程要求炉渣具有良好的物理化学性质，如熔点、粘度、密度、表面张力等。冶金实践发现，熔渣的物理化学性质、钢渣之间的反应等，均与熔渣的结构有着内在的联系。当炉渣处于液态时，组成炉渣的各种氧化物（化合物）究竟以什么形式存在于炉渣中，是以离子、中子还是原子目前还不是很清楚，目前关于熔渣的结构理论是通过固态渣的结构和熔渣的某些性能间接推测的，因而不够成熟。炉渣的结构单元与其宏观性质（如密度、粘度、表面张力、导电率）之间的关系有待于进一步研究。由于电渣重熔炉渣的结构理论部分仍然属于炉渣的范畴，所以本部分电渣重熔炉渣的结构理论部分可以借鉴炉渣的结构理论部分。
所以，研究炉渣的结构，对了解炉渣物理化学性质之间的内在联系具有重要的意义。目前关于熔渣的结构理论主要有三种：分子理论、离子理论和共存理论[35]。
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?分子理论Schenck(1934)???Toop?Samis模型?经典热力学模型????Masson模型（1965）????????Herasymenko(1938)熔渣模型?离子理论? ???完全离子溶液模型?Temkuh(1946)??统计热力学模型??Flood???????正规离子溶液模型???????共存理论，由苏联丘依科教授提出。张鉴教授改进。1.2.2 炉渣结构的分子理论
分子理论的基本观点可归纳为一下几点假设：
⑴ 与固态渣相似，熔渣中存在有各种简单化合物（如CaO、MgO、 CaF2、 SiO2、Al2O3、.....）和复杂化合物（如2CaO·SiO2、4CaO·P2O5、2FeO·SiO2、.......）的分子。这些简单化合物和复杂化合物存在离解—生成的平衡。
⑵ 分子间的作用力为分子力—范德华力。因为这种力很弱，故分子运动较容易，特别是在高温熔融状态下，分子呈无序状态分布，形成的溶液可认为是理想溶液。
⑶ 熔渣的性质主要取决于简单分子的浓度。熔渣中处于自由状态的分子是简单分子，与其他组员的反应也取决于简单分子。 1.2.3 炉渣结构的离子理论
离子理论认为。熔渣是有电荷质点所构成，其间的作用力是库伦力，熔渣中正负离子存在形式与荷电质点作用力有关。
⑴ 正负离子之间的作用力。正离子Z+与负离子Z-间存在的作用力F由库伦定理决定。
⑵ 离子存在状态。碱性氧化物（如CaO、MgO以及硫化物CaS和FeS等），由于其中正离子的静电势I值较小，在高温液态时，呈简单正负离子状态存在。
酸性氧化物（如SiO2、P2O5等），由于其中正离子的I值较大，对O2-引力较强，易形成复杂阴离子。所以，熔渣是由简单离子（Ca2+、Mn2+、Mg2+、O2-和S2-等）和复杂阴离子（SiO44-、FeO2-、PO43-等）组成。
⑶ 碱度对熔渣中简单离子和复杂离子浓度的影响。增加渣的碱度，即增加渣中碱性氧化物含量，渣中O2-浓度增大。降低渣的碱度，即增加渣中酸性氧化物的含量时，将消耗渣中O2-，渣中复杂阴离子浓度增加。
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