图1 电渣中心填充生产工序(MHKW工艺)
Fig.1 Production procedure of ESR Center Filling Refining 4.1.2 电渣热封顶ESHT［11］
电渣热封顶示意图见图2，用于生产大型铸锭，目的在于消除普通铸锭的疏松与偏析。即用普通炼钢方法冶炼出的钢水，经炉外精炼(钢包精炼、脱气处理)。热封顶开始时，铸锭外层形成一层凝固金属壳，由于快速凝固，成分及组织较均匀，而电渣热封顶的功能是填充因收缩产生的缩孔，以及减少因选择结晶产生的凝固偏析。马治内尔(P.Machner)［12］指出：电渣重熔避免了产生晶雨(锭底负偏析)，这是熔池温度总是保持凝固点以上温度，使推进的凝固前沿处于未凝固状态，在伯乐电渣热封顶(BEST)即控制全部条件满足上述要求。
图2 电渣热封顶原理示意图
Fig.2 Principle scheme of electroslag hot－topping
米契尔(A.Mitchell)［13］研究结果提出浇注后凝固速度随时间变化，电渣热封顶填充速度应同步，维持金属循环，保持温度梯度，输入比功率为0.8 kWh/kg，见图3。
图3 100 t铸锭电渣热封顶浇注后凝固速度及金属加入速度的变化［13］ Fig.3 Change of electroslag hot－topping metal feed rate and freezing
rate after teeming for 100 ton ingot［13］
奥地利的VEW(Vereiningte Edeleltahlwer)电渣热封顶采用水冷保温帽。意大利采用耐火材料做 保温帽，即TREST(Terni refractory electroslag topping process)［14］，乌克兰冶金工作者用石墨衬，并用耐火水泥粘结缝。采用水冷保温帽虽热损失稍高，但免除了耐火材料消耗。
目前采用VEW法已铸成55 t的大锭，用TREST已铸出62 t的大锭。热封顶100 t的计算模型已完成［13］。美国Consarc公司100 t电渣热封顶设备已定型。
制造大锭有3种方法：电渣重熔ESR、电渣中心填充MHKW、电渣热封顶ESHT；其成本比是8∶3∶2。可见铸锭越大，电渣热封顶经济上的潜在优势愈大。 4.2 真空电渣重熔Vacuum Electroslag Refining［15］
德国Hanau城Leybold公司在90年代，综合了真空电弧重熔及ESR的优点。 对超级合金，真空电弧重熔纯净度高，气体含量极低，成分可精确控制，凝固件较好，铸锭致密；由于无渣精炼脱硫不利，易形成白点及产生年轮状偏析，合金易氧化元素重熔烧损大。Leybold公司建立了1台真空电渣重熔炉，见图4。锭径250mm，锭重360kg。重熔Inconel 718合金，重熔用CaO-Al2O3系的无氟渣，重熔前后渣的成分变化见表2，Inconel 718合金成分变化见表3［16］。
图4 真空电渣重熔VAR-ESR设备
Fig.4 Schematic of a VAR－ESR plant 表2 真空电渣重熔VAR-ESR前后渣成分
Table 2 Ingredient of slag before and after VAR－ESR
渣组元 重熔前 Al2O3 CaO MgO TiO2 SiO2 45.00 45.00 4.30 5.00 0.15 渣含量/% 重熔后 43.70 45.00 3.70 6.40 0.17 -1.30 0 -0.60 1.40 0.02 变化量/% 表3 Inconel 718合金真空电渣重熔前后化学成分
Table 3 Chemical composition of Inconel 718 before and after VER－
ESR
元素 自耗电极锭 C Co Cr Fe Mg Mn Mo Nb Ni P S Si Ti V Al Cu 0.028 0.18 18.94 17.20 0.0081 0.08 3.02 5.31 53.24 0.010 0.008 0.13 0.95 0.03 0.66 0.07 合金成分/% 电渣重熔锭 0.028 0.18 18.97 17.20 0.0053 0.08 3.02 5.32 53.24 0.007 0.0007 0.13 0.93 0.03 0.67 0.07 变化量/% 0 0 0.03 0 -0.0028 0 0 0.01 0 -0.003 -0.001 0 -0.02 0 0.01 0 4.3 高压电渣重熔Pressure Electroslag Refining
奥氏体钢中溶解氮可形成过饱和固溶体，提高屈服强度、低温强度和蠕变强度。铁素体钢加氮形成细小弥散的氮化物，细化晶粒，提高冲击韧性。冶炼含氮钢关键是保证过饱和的氮溶解入钢中，防止凝固过程析出。为此1980年德国建立了第1台高压电渣炉，见图5。熔炼室氮压力高达4.2 MPa，生产铸锭直径1 m重16 t［17］。
图5 高压电渣炉示意图
Fig.5 Schematic of Pressure ESR Plant
高氮奥氏体钢主要用于生产发电机上护环(Retaining Rings)［18，19］，要求无磁性，屈服强度σ冷加工量，σ
0.2
≤1 420 MPa，大气中冶炼奥氏体钢(Cr12%,Mn18%)含氮仅
0.1%，性能无法达到要求。采用高压电渣重熔炉氮含量提高到1.05%，仅需20%
0.2
≥1 500 MPa，满足核电站要求。1996年德国又扩建两台高压电
渣炉用于生产含氮轴承不锈钢及含氮高速钢［20，21］。 最近奥地利、保加利亚也建立了高压电渣炉。
5 结论
(1) 电渣冶金的产品组织致密、成分均匀、表面光洁、使用性能优异以及具有生产灵活、工艺稳定、过程可控、经济合理等优点，是生产优质合金钢及超级合金的主要手段之一，成为精细冶金的重要分支。
(2) 目前电渣冶金处于酝酿新突破的阶段，真空电渣重熔、高压电渣重熔及电渣热封顶是技术的突破点。
(3) 可推断电渣冶金在制备大型毛坯、超级合金、优质工模具钢、双相不锈钢及含N超高强度钢仍处于垄断地位。
(4) 电渣冶金发展的重要前途是电渣技术走出单一结晶器并与钢铁冶金流程相结合成在线工序，成为冶炼、精炼及连铸的一个环节。 作者单位：(钢铁研究总院，北京 100081)
参考文献
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收稿日期：1999-05-26