電渣重熔（ESR）電渣重熔（Electro-Slag Remelting，簡稱ESR是利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進行熔煉的，是電流通過液態(tài)渣池渣阻熱，將金屬電極熔化，熔化的金屬匯集成熔滴，滴落時穿過渣層進入金屬熔池，然后于水冷結(jié)晶器中結(jié)晶凝固成鋼錠。

電渣重熔技術(shù)在軍事上早有應(yīng)用，坦克炮的壽命是衡量一個國家坦克制造水平的重要標(biāo)志。電渣重熔設(shè)備簡單，投資較少，生產(chǎn)費用較低。電渣重熔的缺點是電耗較高，目前通用的渣料含CaF2c較多，在重熔過程中，污染環(huán)境，必須設(shè)除塵和去氟裝置。這臺電渣爐有以下特點：雙極串聯(lián)供電，可以減少回路感應(yīng)，提高電功率因數(shù)；采用三相電源，有利于外網(wǎng)絡(luò)電壓平衡；三搖臂輪換電極，用小截面電極重熔大鋼錠，有利于控制電極成分偏析；采用抽錠操作，能用短結(jié)晶器重熔長的鋼錠。

主要產(chǎn)品

電渣重熔的產(chǎn)品品種多，應(yīng)用范圍廣。其鋼種有：碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、模具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強度鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金等400多個鋼種。此外，可用電渣法直接熔鑄異形鑄件，可以鑄代鍛，簡化生產(chǎn)工序，提高金屬的利用率。

主要作用

電渣熔鑄工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質(zhì)量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長處，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無各向異性的特點。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項性能指標(biāo)完全達(dá)到同鋼種的變型金屬指標(biāo)，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。

應(yīng)用成果

近些年來，電渣熔鑄新工藝逐漸引起了國內(nèi)外工程技術(shù)界的重視，許多工業(yè)部門在加緊研究和使用電渣熔鑄產(chǎn)品。在發(fā)展這項新工藝方面，原蘇聯(lián)、日本和美國的研究成果較多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英國、瑞典和法國。東北大學(xué)電冶金研究室在發(fā)展電渣熔鑄新工藝以及研制使用它的異型件方面取得了以下成果：?

電渣熔鑄冷軋輥、閥體、三通管、厚壁中空管、石油裂解爐管、齒輪毛坯、各種模具 - 包括沖壓模具和柴油機曲軸等。

目前，國外著名的電渣爐制造廠家，如美國的CONSARC、德國的ALD和奧地利的INTECO等公司均采用基于PLC和工控機的2級計算機控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)整個重熔過程的設(shè)備和工藝的全自動控制。

東北大學(xué)從20世紀(jì)90年代開始研制以液壓傳動或滾珠絲杠傳動為核心的新型機械設(shè)備，以工控機和PLC為硬件，以專家控制為軟件的智能化計算控制系統(tǒng)的新一代電渣爐，目前已有近20臺設(shè)備成功應(yīng)用于國內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)中，使用效果良好。

把平爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐或感應(yīng)爐冶煉的鋼鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝，英文簡稱ESR。美國霍普金斯 - R.K.Hopkins于20世紀(jì)40年代首先提出這種精煉方法的原理。其后蘇聯(lián)和美國相繼建立工業(yè)生產(chǎn)用的電渣爐。

60年代中期由于航空、航天、電子、原子能等工業(yè)的發(fā)展，電渣重熔在蘇聯(lián)、西歐、美國獲得較快的發(fā)展。生產(chǎn)的品種包括：優(yōu)質(zhì)合金鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金以及鋁、銅、鈦、銀等有色金屬的合金。1980年世界電渣重熔鋼生產(chǎn)能力已超過120萬噸。中國1960年建成第一座電渣爐,其后得到很大發(fā)展。最大的是上海重型機器廠電渣爐，鋼錠重達(dá)200噸.大連遠(yuǎn)東工具的電渣重熔鋼生產(chǎn)能力已經(jīng)進入國內(nèi)領(lǐng)先水平。

電渣重熔技術(shù)在軍事上早有應(yīng)用，坦克炮的壽命是衡量一個國家坦克制造水平的重要標(biāo)志。以前俄羅斯及中國制造的坦克炮的壽命一般只有100-500發(fā)，而西方國家比如說德國的坦克炮采用了電渣重熔、內(nèi)膛鍍鉻技術(shù)，使其壽命達(dá)到了800-1000發(fā)，大大提高了軍事裝備的水平。當(dāng)然通過近年來的不斷的科技投入，中國的坦克炮技術(shù)與西方國家的技術(shù)差距已相差不大。

工作過程

電渣重熔

電渣重熔基本過程如圖所示。在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器形成回路。在通電過程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過渣池，落入結(jié)晶器，形成金屬熔池，受水冷作用,迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段,以及液滴穿過渣池滴落階段，鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。

鋼中有害元素（硫、鉛、銻、鉍、錫）通過鋼-渣反應(yīng)和高溫氣化比較有效地去除。 液態(tài)金屬在渣池復(fù)蓋下，基本上避免了再氧化。因為是在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)熔化、精煉、凝固的，這就杜絕了耐火材料對鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結(jié)晶器內(nèi)壁上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導(dǎo),有利于鋼錠自下而上的定向結(jié)晶。由于以上原因，電渣重熔生產(chǎn)的鋼錠的質(zhì)量和性能得到改進，合金鋼的低溫、室溫和高溫下的塑性和沖擊韌性增強，鋼材使用壽命延長。

設(shè)備優(yōu)劣勢

電渣重熔設(shè)備簡單，投資較少，生產(chǎn)費用較低。電渣重熔的缺點是電耗較高，目前通用的渣料含CaF2較多，在重熔過程中，污染環(huán)境，必須設(shè)除塵和去氟裝置。

主要設(shè)備

電渣重熔爐

1980年4月，一臺200噸級的大型電渣重熔爐在上海重型機器廠試制成功。它是中國最大，也是世界上最大的一臺電渣重熔爐。

大型電渣爐建設(shè)是一項重大工程。整個工程由副總工程師林宗棠負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)和組織，北京鋼鐵學(xué)院朱覺教授任顧問，上海重型機器廠和北京鋼鐵學(xué)院共同開發(fā)研制。重熔工藝和車間設(shè)計由劉椿林負(fù)責(zé)；電渣重熔設(shè)備由皇甫埏負(fù)責(zé)設(shè)計；高壓和低壓電氣由蘇燁和談家寶負(fù)責(zé)設(shè)計；土建和公用部分由上海機電設(shè)計研究院設(shè)計。

從1972年11月起到1974年12月止，劉椿林和北京鋼院教師劉海洪帶領(lǐng)試驗小組在上重廠和有關(guān)工廠先后進行了多項試驗，以確定電渣爐設(shè)備的設(shè)計參數(shù)、重熔和抽錠工藝參數(shù)。這臺三相三搖臂雙極串聯(lián)式的大型電渣爐由三個小機架呈等邊三角形布置構(gòu)成。每個小機架有一根18米高的立柱。三根立柱的底部固定在地基上，中部和頂部用曲梁連結(jié)，構(gòu)成電渣爐本體。在中部曲梁上安放直徑2.8米的銅襯鋼殼水冷結(jié)晶器。每根立柱的上部通過傳動裝置裝有可以上下運動又能左右旋轉(zhuǎn)的搖臂。搖臂的一端裝有電極夾持機構(gòu)，可以夾持相互絕緣而串聯(lián)的兩根電極。三個搖臂共懸掛六根電極。每兩根電極由一臺單相變壓器供電。

這樣六根電極便組成三相雙極串聯(lián)回路。電極直徑為500毫米，每根重約5噸。結(jié)晶器下部有一臺帶水冷卻底板的電動平車，平車載重可達(dá)300噸。

平車放在能沿三根立柱上下運動的活動平臺上。重熔開始前，活動平臺上升使水冷底板將結(jié)晶器下部封住，然后在結(jié)晶器內(nèi)造渣和重熔電極。六根鋼電極同時進行重熔，經(jīng)過一定時間電極重熔將盡，三個搖臂輪流地?fù)Q上新的電極，以便熔煉出一個大的電渣錠。隨著鋼電極的重熔，結(jié)晶器的渣液面便不斷上升，達(dá)到一定高度后便進行抽錠操作，即在渣液面上漲的同時不斷將水冷底板向下緩慢降落，以得到有一定長度和所需噸位的大型電渣錠。鋼錠煉成后，平臺下降，鋼錠便從結(jié)晶器內(nèi)抽出，電動平車載著鋼錠沿著軌道開出爐外。

這臺電渣爐有以下特點：雙極串聯(lián)供電，可以減少回路感應(yīng)，提高電功率因數(shù)；采用三相電源，有利于外網(wǎng)絡(luò)電壓平衡；三搖臂輪換電極，用小截面電極重熔大鋼錠，有利于控制電極成分偏析；采用抽錠操作，能用短結(jié)晶器重熔長的鋼錠。

用它重熔鋼錠制成的鍛件，1982年通過國家鑒定，同意用這臺電渣爐為中國第一臺核電站——秦山30萬千瓦核電站生產(chǎn)安全一級壓力容器用鋼錠。接著為核電站的蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器提供了所需的全部大型電渣錠。其中最大的兩只電渣錠單重分別為205噸和207噸。

后還用這臺電渣爐重熔了火電鍛件和化工容器用的大型電渣錠。它生產(chǎn)的大型電渣錠經(jīng)過國家鑒定，表明電渣鋼純度高，成份均勻，性能良好，韌性特別優(yōu)良。從而為中國優(yōu)質(zhì)大型鍛件的制造開辟了一條新的途徑。