近年來，國內(nèi)外的特鋼企業(yè)絕大多數(shù)都配備了電渣冶金設(shè)備，用于軍工用鋼、工模具鋼、冷軋輥用鋼、汽輪機轉(zhuǎn)子、高溫合金和有色金屬等合金的重熔精煉。中原鐵鋼股份有限公司面對市場需求，確定了以替代進口為切入點，全力投資開發(fā)大型工模具鋼的市場戰(zhàn)略，加強具有高附加值的終端產(chǎn)品和制成品的研發(fā)生產(chǎn)。
電渣冶金技術(shù)滿足苛刻質(zhì)量要求
特殊鋼的冶煉質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，對一些有特殊要求的產(chǎn)品，采取電渣重熔是提高冶金質(zhì)量的有效手段。以炮鋼為例，近代火炮的膛壓比傳統(tǒng)火炮的膛壓高出近兩倍，由于緊湊化的要求，選取的壁厚系數(shù)也較低，炮鋼所受的應(yīng) 力強度相當(dāng)高。同時，火炮內(nèi)膛多大有膛線，經(jīng)過自緊工藝，發(fā)射時溫度變化劇烈，加載與卸載速率高，會在身管上形成復(fù)雜的應(yīng)力場。在這樣的狀態(tài)下要想獲得理想的使用壽命，就要求在保證炮鋼高強度的同時兼具高韌性。
中原特鋼采用真空精煉鋼制作高性能的高壓釜，鍛件能達到四級強度。采用電渣重熔工藝，通過選用適宜的渣系和脫氧制度，控制鋼中殘鋁和硫等微量元素含量，設(shè)定合適的重熔充填比，控制熔速和熔池形狀，所生產(chǎn)的電渣鋼可以制造五級以上強度的鍛件。在相同質(zhì)量要求條件下采用電渣鋼，可以減薄高壓釜的壁厚，減少用料；在相同設(shè)計壁厚條件下，采用電渣鋼可以提高高壓釜的工作壓力，從而提高其工作效率。中原特鋼還采用電渣鋼制造其他有特殊性能要求的鋼種。
關(guān)鍵部件熔煉不可或缺
連軋管機限動芯棒是采用連軋管機軋制大口徑無縫鋼管必不可少的關(guān)鍵部件，若芯棒選用美國AISI標(biāo)準(zhǔn)的熱作工模具鋼H13，鋼的合金含量高達8%，冶煉難度大，鍛造溫度范圍窄，工件超長，易開裂，難成形，熱處理后要求強度高、韌性好、全長硬度均勻，而且彎曲度要求嚴(yán)格，是一種集高難度冶煉、鍛造、熱處理、機械加工等制造技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。目前，國際上只有包括我國在內(nèi)的法國、意大利、德國等少數(shù)幾個國家能夠生產(chǎn)，中原特鋼是亞洲最大的芯棒制造廠。
芯棒的使用溫度1150攝氏度，表面溫升達700攝氏度，且用后急速冷卻；工作過程中承受較大且復(fù)雜的拉伸、壓縮接觸應(yīng)力和高速循環(huán)的高溫冷熱疲勞應(yīng)力，工作環(huán)境惡劣。要保證軋管2000支以上的使用壽命，要求鋼種具有高強度的同時必須兼具高韌性，而這種特性取決于鋼的純凈度和鍛造、熱處理效果的提高。該產(chǎn)品對鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能、非金屬夾雜物、晶粒度、顯微組織、超聲波探傷、尺寸精度、光潔度等都提出了極為嚴(yán)格的要求。電渣重熔是提高鋼的純凈度、改善凝固組織、減小成分偏析的有效手段。中原特鋼在其他條件相同的情況下，比較了真空精煉鋼和電渣鋼的性能水平，發(fā)現(xiàn)電渣重熔鋼的夾雜物細(xì)小、分散，鋼中碳化物帶狀偏析小，冷熱疲勞性能優(yōu)于真空精煉鋼，在相同強度的條件下，電渣鋼的沖擊功比真空精煉鋼高20%。在天津鋼管公司，中原特鋼生產(chǎn)的電渣鋼芯棒軋管與國外芯棒同時裝機軋管，壽命達到了2000支以上，兩者使用壽命相當(dāng)。
技術(shù)優(yōu)勢拓展應(yīng)用空間
電渣重熔的優(yōu)勢之一是重熔大錠。目前家電和汽車工業(yè)急需厚度在800毫米以上的大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具鋼。此類模具鋼的制造難度較大，其核心技術(shù)是超純凈、超均勻、超細(xì)化鋼的生產(chǎn)制造技術(shù)，同時要達到大尺寸要求，相應(yīng)的鋼錠重量需要達到35噸～50噸。
冷軋輥要求具有足夠的表面硬度、淬透性深度以保證耐磨性，還要求材質(zhì)成分及組織高度均勻、金屬致密，以確保軋輥表面硬度均勻，保證軋制產(chǎn)品的表面光潔度，采用電渣重熔鋼制造冷軋輥是世界軋輥生產(chǎn)企業(yè)的共識。
電渣重熔還可用于重熔有色金屬，中原特鋼通過調(diào)整渣系、設(shè)定合理的熔速，電渣重熔了銅及銅合金。重熔后，銅錠枝晶結(jié)構(gòu)細(xì)密，消除了普通鑄銅粗大的枝晶組織和大顆粒夾雜物，提高了銅及銅合金的加工塑性。電渣重熔還可“以小干大”，真空電弧重熔爐結(jié)晶器的內(nèi)筒體一面承受高溫電弧灼燒，另一面通水冷卻，工作環(huán)境惡劣，需采用銅錠鍛制，以消除焊縫的質(zhì)量隱患。直徑1米的內(nèi)筒體需要9噸重的銅錠，而國內(nèi)最大的銅錠只有5噸。中原特鋼將兩個銅錠重熔成一個9噸重的銅錠，既滿足了用戶對銅錠的要求，又提高了結(jié)晶器內(nèi)筒體的質(zhì)量，減輕了結(jié)晶器內(nèi)筒體在高溫、高真空環(huán)境下因疲勞而漏水的傾向。
但是，電渣冶金技術(shù)也存在著一定的局限性，如熔煉和凝固速度偏低、重熔電耗高、自耗電極氧化、熔渣吸氣以及活潑金屬的氧化等。如何發(fā)揮電渣冶金技術(shù)的優(yōu)越性，改善和消除其局限性，一直是電渣冶金技術(shù)發(fā)展的重要課題。在廣大電渣冶金工作者的努力下，電渣冶金技術(shù)又有了新的突破，相繼開發(fā)了導(dǎo)電結(jié)晶器、快速電渣重熔、潔凈金屬噴射成形及可控氣氛電渣冶金等技術(shù)。
