2 电渣重熔原理 2．1 渣池
电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用
重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.ssl-cm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂
当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂
重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。
(4)涟起保护金属免受污染的作用
渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬
由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。
为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。
2.2 渣成分和渣组成
电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化
二铝(A1203)、二氧化硅（Siq）为主，其他元素可少量存在，如二氧化钛M OZ）或氟化镁(MgF2 )。本书采用将Ca凡先列出来，在它的质量分数之后加上 “F’’。余下的组成（即氧化物）按照CaO, Mgo, A1203, Siq且碱度降低的顺序列出，并且只列出质量分数。通用公式是 a F/b/c/d/e，即
a＝w (CaF2) b＝w (CaO) c＝w (Mgo) d＝w（Al2O3） e＝w (SiO2)
如60F/10/10/10/10渣含60％的CaF2，余下的每种成分均为10%。又如 50F/20/0/30渣含 50 % CaF2, 20 % CaO, 30 % A1203,无Mgo。当完全按照这种方法叙述成分时，如果 w(Siq)二0，就不必将之表示出来了。表2.1就是用这种方法列出的常用渣。[18]
2.2.1 CaF2-CaO-A12仇 渣系
电渣重熔使用的许多渣都限定于CaF2-CaO-A1203渣系。这个渣系组成图已被广泛研究。图 2.1是最常用的。它的主要特点是共晶点上A1203和CaO的比例大致相同。从图2.1可看出，这个范围内的渣液相温度在 1350一1500`-，这适合于范围广泛的合金，包括钢和超级合金，这些钢和合金是电渣重熔工艺的主要产品。
该三元渣系的另一个特点是，在高氟化钙低氧化钙区域存在两个液相区。虽然这个区域不能延伸到 Ca凡-A12伍 二元渣系．但认为实际结果是可能的。因为存在大量的氟化钙水解产品— 氧化钙，而成为这个区域的成分。70F/0/0/30是一种流行渣，该渣应尽可能不使用氧化钙，其目的是阻止吸氢。但是，似乎没有因两个液相区的存在而产生任何实际间题。为避免两个液相区存在，采用高三氧化二铝含量渣，在重熔原理上可能有可取之处。 CaO-AI2岛 二元渣系中有一个适合渣和熔炼特性的有限区，使用该区域渣其成功程度不一。在需要高脱硫情况下，已经成功地使用CaF2-CaO二元渣系。由于这个渣系电阻率低，以致大多数情况下需加入 A12q，由于规定 A12q 中不得含有金属铝，所以加入A120：并不改变工艺的化学作用。高氧化钙含量容易招致吸潮，即增氢的危险，因此，必须避免可能遇到的氢的问题。
2.2.2 氧化镁的作用
在Ca凡-A12仇 渣系中，加入 M四 对渣的液相温度影响不大，在富氟化钙角，渣熔化温度在 1400一1600℃范围内（见图2.2），并且共晶点成分约等于 MgO和 A12O3 含量。同样，在CaO- MgO-A1203渣系中，富氟化钙角有相同温度范围，三元共晶成分相当于71F/19/10，液相温度为 1343`C。
2.2.3 氧化铁的作用
除非采取严格措施，否则在渣中要避免氧化铁存在是困难的。在精炼过程中，氧化铁这种化合物起着关键作用。氧化铁通常以\”形式存在，不管它是否有严格的化学计量成分。这种氧化铁在CaO-Ca凡渣中具有非常低的溶解度，而且有两种液体生成区（见图2.3）。这种氧化铁的活度系数非常高，低氧浓度可导致高氧势，但是，超过40％的A1203渣位于两个液体区域范围之外，此情况下，氧化铁的活度不再增高。
2.2.4 二氧化硅的作用
最初，二氧化硅是被排除于许多重熔渣之外的，怕它破坏精炼效果，特别是脱硫，然而这种影响不像最初想像的那样严重。可能是由于这样的事实，倘若 w (Siq)<10%，在 CaO-A1203和 CaF2-CaO-A12几渣里二氧化硅的作用是非常小的。
2.3 电行为
如前所述，电渣重熔过程中所需要的热是由渣池焦耳效应产生的，应避免电极与渣之间产生电弧，当电弧穿过电极与渣之间的间隙时，会导致金属的氧化，这是所不希望的。然而可用电弧来增加熔速，但金属质量的恶化令人沮丧。
2.3.1 电流通路
就渣的实际作用，可将其视为电阻元件，其横断面积介于电极和结晶器横断面积之间。如果根据一般的定律，可以采用如下公式叙述这种情况 ：
L ＝VA/Iρ 式中，L— 电阻通路长度，大约等于渣池深度或渣面与金属面之间的距离； V- 渣电压降；
A— 电流通路有效横断面积。
有人采用电极横断面积，有人采用结晶器横断面积，最好取两者平均值； I— 电流；
ρ－渣的电阻率。
而实际电路要复杂得多。首先是渣池内电路分布是不均匀的，这是因为受渣池温度差、搅拌的影响，或渣池内金属溶滴存在的影响，使电阻率比纯渣低；在导电时，粗电极发庄集肤效应；其次是实际电流通路很少完全限制在电极一渣一熔池通路之间，结晶器也常流过一些电流。
电路可能性变化可用图2.4表示。
在渣池顶部渣面通常是上升的，除使用短结晶器操作，当抽锭或抬结晶器时，渣面才不上升。液体渣与结晶器壁接触就可能有电流流过，至 少是瞬间的。本书认为，倘若最初电流密度130A/cm2，那么电流就可以继续流动。这就是说，在渣池表面有一导电圆窄带。当然结晶器流过电流必须有回路存在。这样的通路在活模操作时是存在的，因此结晶器与底水箱有电接触。而在短模操作时某些操作者使用粗导线连接。如果无自然回路，电流可能在某一点返回到锭，这样锭和结晶器壁之间的绝缘就被破坏。绝缘破坏可能由渣破损引起，也可能由轻微爆炸产生的金属细珠的存在或渣里夹有金属熔滴（尽管后一种现象很少见，但已观察到）引起。
前苏联研究者指出，如果电流流过固体渣，渣可能表现为半导体，并产生整流和电解作用，锭子的分流眼和结晶器损坏可归于这种作用。渣池的实际电阻改变是由几种因素引起的，就像上面叙述的那样。熔滴存在将降低电阻，可以预料熔速越快，电阻将越低（其他条件不变），因为高熔速穿过渣的金属体积将越大，这已由实验所证实。电阻与电极浸入深度之间已被描述成如图2.5所示的关系。电极浸入深度浅的情况下，电阻随浸入深度迅速变化，这种情况被用