图1.1是典型特殊钢产品的生产工艺流程图。从图中可以看出，普通的特殊钢产品经过初熔、精炼以及必要的真空处理后采用连铸或者模铸工艺，再经过相应的轧制等工序后即可得到最终产品，而对于一些高端产品，模铸或连铸得到的产品还需要经过特种冶金工序后才能进入后续的锻造和轧制等工序。

图1.1 特殊钢的生产工艺流程图

特种冶金是区别于普通金属材料制备工艺过程的一类特殊的金属材料制备技术，特种冶金技术包括真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、等离子重熔以及电子束熔炼等特殊的熔炼手段。一般来说，真空感应熔炼用于初熔并制备出钢锭，钢锭随后要经过必要的二次熔炼，而少部分材料直接经过感应熔炼后得到最终铸锭。电渣重熔是与真空电弧重熔、等离子重熔及电子束重熔同等重要的二次精炼手段。由于电渣重熔在普通大气条件下即可以进行熔炼操作，并且所制备材料具有成分均匀、金属纯净、组织致密、夹杂物细小且弥散分布等特点，因此，电渣重熔技术较其他几种真空二次精炼技术相比应用程度高、应用范围广，目前已经成为制备多种高端材料的终端冶炼工艺。

真空电弧重熔较等离子重熔及电子束重熔相比，其技术难度相对较低，目前在活泼金属材料、气体含量要求高的材料以及一些凝固质量要求非常高的材料方面也具有广泛的应用。

图1.2为不同特种冶金工艺的产品和相互之间的关系，从中可以清楚地看出电渣重熔技术在特种冶金中的地位和作用。

图1.2 特种冶金流程及其相互关系

电渣重熔的基本原理

电渣重熔的基本原理如图1.3所示，其组成包括自耗电极、熔渣、结晶器、底水箱、短网及电源系统。电渣重熔是靠渣池通过电流时产生的渣阻热熔化和精炼自耗电极金属，得到的液态金属在水冷结晶器中凝固成型的过程。其基本的操作过程是在铜质水冷结晶器中加入固态或液态炉渣，将自耗电极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣（固渣启动时，先加少量固态导电渣）和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时，便有电流从变压器输出通过液态熔渣。由于在上述供电回路中熔渣的电阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生大量的焦耳热，使其处于高温熔融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点，从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化，熔化的金属汇聚成液滴，在重力作用下，金属熔滴从电极端头脱落，穿过渣池后不断富集形成金属熔池，由于水冷结晶器的强制冷却，液态金属逐渐凝固成钢锭。在正常重熔期，电流从电极进入渣池后，要通过金属熔池和凝固钢锭再由底水箱和短网返回到变压器。电流的大小是通过调节电极下降速度来控制的。

图1.3 电渣重熔原理图

由于在电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物理化学反应，从而可去除金属中的有害杂质元素和非金属夹杂物。钢锭由下而上逐渐凝固，金属熔池和渣池就不断向上移动，上升的渣池在结晶器内壁和钢锭之间形成一层渣壳，它不仅使钢锭表面平滑光洁，而且降低了径向导热，有利于自下而上的顺序结晶，改善钢锭内部的结晶组织。

电渣冶金的分类

电渣冶金是金属及其合金的一种特殊熔炼方法，电流通过熔渣时所产生的渣阻热为熔炼过程提供能量是电渣冶金的一个重要特征。虽然电渣冶金可划分出多种技术方法和应用于不同的领域，但其基本的核心技术是电渣重熔（Electroslag Remelting，简称ESR）。

电渣重熔属于冶金专业、特种熔炼学科、重熔精炼的分支。通过几十年的发展，在电渣重熔的基础上，派生了许多新的技术分支，如图1.4所示，统称为电渣冶金。

图1.4 电渣冶金的主要技术分支

本文由安静摘编自姜周华、董艳伍、耿鑫、刘福斌编著《电渣冶金学》第一章，内容有删减。

978-7-03-046799-7

《电渣冶金学》在介绍电渣冶金基本理论的基础上，介绍了电渣冶金领域的新技术及近些年来数值模拟技术的应用，主要内容包括：电渣炉渣的物理性质、化学性质及与电渣过程有关的反应，渣的选择与应用，电渣重熔参数的选择与制定，电渣冶金新技术，电渣冶金过程的传输现象，电渣重熔数学模型的新进展以及电渣锭常见质量问题等。

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