模具钢电渣重熔工艺

电渣重熔是金属及其合金的一种特殊冶炼方法。

虽然电渣冶金可以分为多种技术方法，并应用于不同的领域，但其基本和核心技术是电渣重熔（Electro Slag Remelting，简称ESR）。

电渣重熔的基本原理是在铜水冷结晶器中加入固体或液体炉渣，插入自耗电极的端部。当自耗电极、炉渣和底水箱通过电网与变压器形成电源电路时，电流从变压器输出液体炉渣。

在上述电源电路中，熔渣电阻相对较大，占变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生大量热量，使其处于高温熔化状态。由于渣池的温度远高于金属熔点，自耗电极的端部逐渐加热熔化，熔化的金属聚集成液滴。在重力作用下，金属熔滴从电极端部脱落，通过渣池进入金属熔池。由于水冷结晶器的强制冷却，液态金属逐渐形成钢锭。

1.电渣重熔的特点

电渣重熔属于二次精炼方法。自耗电极是由电弧炉、感应炉、真空感应炉、真空自耗炉等其他冶炼方法制备的原料。电渣他冶金方法相比，电渣重熔的目的是进一步净化钢、合金，改善钢锭的结晶组织，获得优质金属产品，具有以下特点：

①在相对纯净的环境中实现金属的熔化、浇注和凝固，减少了钢液的污染。

②热力学和动力学条件具有良好的冶金反应。在电渣再熔过程中，渣池温度通常为1750℃从电极下端到金属熔池中心的熔渣温度可达1.9万℃钢液的过热度可达450℃高温熔池促进冶金物理化学反应。

良好的动态条件表现在电渣重熔过程中，钢渣能充分接触；同时，由于电磁力的搅拌，钢渣的接触面不断更新，加强了冶金反应，促进了有害杂质和非金属杂质的去除。

③自上而下的凝固条件保证了重熔金属锭结晶组织的均匀致密。

电极熔化和熔融金属结晶同时进行。钢锭上端始终有液态金属溶解池和加热渣池，在液态金属填充凝固过程中有足够的收缩孔，可有效消除一般钢锭的松动和收缩孔。同时，金属液体中的气体和杂物也容易上升，因此钢锭的组织致密均匀。

④水冷结晶器与钢锭之间形成的薄而均匀的渣壳，保证了重熔钢锭的表面光滑。

2.电渣重熔的工艺要素

近年来，由于电渣重熔的独特优点，在合金模具钢的生产中得到了广泛的应用。但在生产过程中，应注意以下几个方面：

①电力制度

电流大小的变化会影响熔化速度和功耗，也会直接影响钢锭的结晶状态。这三个因素是相互关联的。例如，为了避免熔化速度过快，使熔池过深，影响冶金质量，应降低输入功率；但为了确保稳定的熔化过程，一般采用较低的工作电压。因此，正确选择电力系统非常重要。

②渣系及渣量

炉渣在电渣冶金中非常重要。炉渣不仅能起到加热剂和精炼的作用，还能在电极熔化末端形成和下落熔滴。在炉渣与金属炉的界面上，炉渣与金属液之间应发生脱硫、脱气、吸收非金属夹杂物、钢中活性元素的氧化或某些氧化物的还原等一系列物理化学反应，从而对钢的纯度和化学成分的控制产生重要影响。

模具钢冶炼中，大部分品种采用二元系，即CaF2-Al2O3系，也是电渣重熔常用的渣系，一般比例为70%/30%；也有用CaF2-Al2O3-CaO三元渣系和CaF2-Al2O3-CaO-MgO四元渣系，渣的用量一般取决于锭。

③充填比

所谓的

③充填比

所谓充填比，是指电极截面积与结晶器截面积之比。充填比与熔化过程中熔化池的大小、深度和形状密切相关，从而影响渣钢的质量。

3.重熔后电渣模具钢的组织和性能显著提高

主要表现在以下几个方面：

①改进钢的低倍组织

与普通模铸钢锭相比，由于钢液的快速凝固，其结晶方向发生了变化。重熔时，树枝状晶间距缩小，如对H13（4Cr5MoSiV1)钢中心检查发现模铸钢锭为750μm，电渣锭生产490μm，细化的枝晶有利于组织和成分的均匀化。

②降低钢中非金属夹杂物的含量

电渣重熔后，钢中非金属夹杂物的含量显著降低，特别是硫化物夹杂物的形状和数量明显变化和减少；硅酸盐夹杂物也被大量去除，氧化物主要是Al2O但数量也明显减少；日本JIS标准的SKD61（相当于GB的4Cr5MoSiV1)电渣重熔后，钢的