電渣重熔是靠渣池通過電流時(shí)產(chǎn)生的渣阻熱熔化和精煉自耗電極金屬，得到的液態(tài)金屬在水冷結(jié)晶器中凝固成形的過程。由于電極熔化、金屬液滴形成、滴落均在一個(gè)較純凈的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，過程中熔池內(nèi)的金屬和爐渣之間要發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，具有良好的冶金反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，是制備高端特殊鋼和特種合金終端冶煉工藝。電渣金屬純凈、組織致密、力學(xué)性能優(yōu)異，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、能源、交通、海工、環(huán)保和石化等高端裝備制造領(lǐng)域。1958年首臺(tái)工業(yè)電渣爐在烏克蘭誕生，我國也開始了跟蹤研究。雖然我國電渣重熔技術(shù)的誕生和發(fā)展幾乎與國外同步，但上世紀(jì)末有長達(dá)20多年的時(shí)間里幾乎停滯不前，導(dǎo)致進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)我國電渣重熔工藝、裝備及產(chǎn)品質(zhì)量均明顯落后于西方發(fā)達(dá)國家。傳統(tǒng)電渣重熔技術(shù)耗能高、氟污染重、生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，無法滿足高端裝備的材料需求。

      東北大學(xué)特殊鋼冶金團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十五年的探索和實(shí)踐，提出了電渣重熔過程“潔凈度控制”和“均質(zhì)化凝固”2個(gè)原創(chuàng)性理論，系統(tǒng)研究了電渣工藝?yán)碚摚瑒?chuàng)新開發(fā)綠色高效的電渣重熔成套裝備和工藝及系列高端產(chǎn)品，節(jié)能減排和提效降本效果顯著，產(chǎn)品質(zhì)量全面提升，形成兩項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)我國電渣技術(shù)“從跟跑、并跑、到領(lǐng)跑”的歷史性跨越。

  針對(duì)傳統(tǒng)電渣重熔耗能高、氟污染嚴(yán)重、效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，高性能大單重厚板無法滿足高端裝備的材料需求等問題，采用“基礎(chǔ)研究-關(guān)鍵共性技術(shù)-應(yīng)用示范-行業(yè)推廣”全創(chuàng)新鏈的研發(fā)模式，系統(tǒng)研究了電渣重熔過程爐渣物理化學(xué)性質(zhì)、渣-金-氣反應(yīng)以及電制度等對(duì)其過程的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，以及氣體（氫、氧）、非金屬夾雜物和鋼錠凝固組織的影響機(jī)理和規(guī)律，開發(fā)了綠色高效的新一代電渣重熔成套裝備和工藝技術(shù)，解決了傳統(tǒng)電渣重熔存在的主要問題，實(shí)現(xiàn)了電渣重熔生產(chǎn)大幅度的節(jié)能減排，顯著提高了生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，提升了電渣鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)了一系列高品質(zhì)特殊鋼品種。

1、快速電渣重熔技術(shù)

   快速電渣重熔技術(shù)是在早年T型結(jié)晶器多流電渣重熔基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。奧地利INTECO公司在上世紀(jì)90年代末開發(fā)了這一技術(shù)。該技術(shù)采用T型結(jié)晶器，重熔大斷面電極，在結(jié)晶器壁上嵌入導(dǎo)電元件，使電源電流通過自耗電極-渣池-導(dǎo)電元件-返回變壓器，如此改變了結(jié)晶器內(nèi)的熱分配。鋼-渣熔池界面沒有電流通過，也就是基本不發(fā)熱，同時(shí)，鋼-渣熔池界面遠(yuǎn)離電極端頭，使得金屬熔池的溫度大幅度降低，減弱了金屬熔池深度與輸入功率的關(guān)系。

  2003年，東北大學(xué)電渣項(xiàng)目組實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出雙極串聯(lián)、T型結(jié)晶器快速抽錠電渣重熔技術(shù)，分別生產(chǎn)出斷面為90mm×90mm方錠和Φ100mm圓錠，并對(duì)重熔方坯質(zhì)量的低倍、高倍、夾雜物進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，該技術(shù)生產(chǎn)的方坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量良好。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，先后采用結(jié)晶器導(dǎo)電或雙極串聯(lián)供電、T型結(jié)晶器抽錠電渣重熔技術(shù)，為國內(nèi)多家特鋼企業(yè)生產(chǎn)出不同尺寸和錠型的電渣產(chǎn)品。斷面尺寸有280×324mm、340×340mm的方坯，?200、300、400、600、800、900、1000和1100mm等各種規(guī)格的圓坯，鑄坯長度4000-6000mm。

2、保護(hù)氣氛電渣重熔技術(shù)

  早期電渣重熔都是在大氣環(huán)境下進(jìn)行熔煉，生產(chǎn)成本低、操作方便，但是電渣鋼中容易出現(xiàn)Si、Mn、Al、Ti等易氧化元素?zé)龘p和增氫等問題。為此，德國、美國、奧地利、**等相繼開發(fā)出惰性氣氛保護(hù)電渣爐，整個(gè)重熔過程在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，主要目的是防止重熔過程鋼中活潑金屬元素氧化。

  與早期傳統(tǒng)電渣爐相比，新開發(fā)的保護(hù)氣氛電渣重熔裝置應(yīng)用了全密閉氣氛保護(hù)、全自動(dòng)一鍵式自動(dòng)化控制、稱重恒熔速控制、同軸導(dǎo)電、框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)、氧含量在線監(jiān)測(cè)等一系列技術(shù)改進(jìn)升級(jí)。2009年開始，國內(nèi)全自主設(shè)計(jì)的全密閉框架式稱重恒熔速保護(hù)氣氛電渣爐在上海、常州等地投產(chǎn)后，新一代氣氛保護(hù)電渣爐設(shè)備和工藝在各企業(yè)大批推廣應(yīng)用。

3、導(dǎo)電結(jié)晶器技術(shù)

  導(dǎo)電結(jié)晶器技術(shù)與傳統(tǒng)電渣重熔技術(shù)不同，可以有多種方式讓電流經(jīng)過渣池，特殊的電流路徑能夠增強(qiáng)控制渣池和金屬熔池之間熱分配的能力，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)回路的功率分配，可以調(diào)節(jié)結(jié)晶器壁附近渣池和金屬熔池的溫度分布，有利于控制成淺平的金屬熔池和增加熔池的圓柱段高度，從而可以在大幅度降低熔化速度的情況下，仍能保證鑄錠的表面質(zhì)量，同時(shí)，由于熔池變淺，結(jié)晶趨于軸向，凝固偏析問題得到改善，鑄錠內(nèi)部質(zhì)量提高，從而有效解決了內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量相互矛盾的問題。

   2012年，東北大學(xué)特殊鋼冶金研究所為國內(nèi)某鋼廠開發(fā)了25t空心坯抽錠式電渣爐，爐型主要特征是采用雙電源供電、T型導(dǎo)電結(jié)晶器，可以有效地控制渣池和熔池溫度分布，生產(chǎn)出Φ900/Φ500mm和Φ650/Φ450mm斷面的空心電渣錠，*大抽錠長度為6000mm。

2018年開始，項(xiàng)目組聯(lián)合裝備制造企業(yè)沈陽華盛冶金技術(shù)與裝備有限責(zé)任公司，在實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上，為多家傳統(tǒng)電渣設(shè)備企業(yè)改造升級(jí)固定式導(dǎo)電結(jié)晶器電渣重熔裝備和工藝，目前應(yīng)用于工業(yè)化的錠型已經(jīng)涵蓋200kg～30t。

4、加壓電渣重熔

  東北大學(xué)在2007年成功開發(fā)出*大壓力為7MPa的100kg加壓電渣爐，并利用復(fù)合電極的加壓電渣工藝，完成了氮含量為0.8%-1.2%且成分均勻、組織致密的高氮奧氏體不銹鋼P(yáng)900N、P900NMo和P2000，產(chǎn)品具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。目前，利用加壓感應(yīng)爐和加壓電渣爐雙聯(lián)工藝，成功制備出Cronidur 30高氮馬氏體不銹鋼，可用于制造高性能航空航天軸承、模具鋼和刀具等。

   2018年，**首臺(tái)500kg加壓電渣爐在遼寧科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室投入建設(shè)與調(diào)試成功。日前，項(xiàng)目組又聯(lián)合裝備制造企業(yè)研制了1臺(tái)6t的加壓電渣爐。

5、真空電渣重熔技術(shù)

  電渣重熔高溫合金過程中，活潑元素?zé)龘p大，成分控制困難，氣體含量通常會(huì)增加。為滿足航空領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬男枨螅聡鳤LD真空技術(shù)公司開發(fā)了真空電渣重熔技術(shù)。工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，直徑為250mm、重約300kg的真空電渣重熔錠表面光滑，無任何表面缺陷，而且在有效脫硫的情況下，活潑元素（如鈦、鋁等）沒有燒損。據(jù)報(bào)道，目前20t的真空電渣爐在國外已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

  項(xiàng)目組也開發(fā)出了50-800kg真空電渣爐，主要用于科研院所、企業(yè)中試基地及特種合金生產(chǎn)企業(yè)，用于科學(xué)研究、新材料產(chǎn)品開發(fā)、新工藝開發(fā)以及小規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)。特別是鎳基高溫合金和特種不銹鋼等產(chǎn)品研發(fā)。

6、特厚板坯電渣重熔技術(shù)

  目前，特厚板的生產(chǎn)主要是采用模鑄錠和電渣錠進(jìn)行鍛造或者軋制而成。而模鑄鋼錠由于存在各種偏析及疏松缺陷，所以鍛造比要求較大，并且所得到的*終厚板質(zhì)量受到很大的限制。與模鑄相比，用電渣重熔生產(chǎn)特厚板時(shí)，由于鋼板組織致密、成分均勻、產(chǎn)品質(zhì)量好，成材率可提高9%-18%，足以抵償全部重熔費(fèi)用。而且省去了開坯工序，實(shí)際生產(chǎn)成本反而降低。

  2006-2009年東北大學(xué)為舞陽鋼廠建成了世界上*大斷面尺寸的3臺(tái)40t板坯電渣爐并取得成功。*大錠重達(dá)50t，*大斷面尺寸為960mm×2000mm。電渣爐自投產(chǎn)以來，已成功開發(fā)了厚度為640mm、760mm、960mm三種規(guī)格的P20、WSM718R、980、2.25Cr1Mo、16MnR（HIC）、20MnNiMo等20多個(gè)鋼種，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于國際先進(jìn)水平。

7、空心鋼錠電渣重熔技術(shù)

  隨著核電、火電、水電、石化等的迅速發(fā)展，對(duì)筒形大鍛件的尺寸要求越來越大，對(duì)質(zhì)量要求越來越高。厚壁管特別是大、中口徑無縫厚壁管、特厚壁管的需求也不斷增加。傳統(tǒng)筒形大鍛件都是采用普通實(shí)心鑄錠進(jìn)行空心鍛件的生產(chǎn)，其缺點(diǎn)是沖孔工序造成大量的材料浪費(fèi)；多次加熱，多工序變形，容易改變鋼錠內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，影響產(chǎn)品質(zhì)量；難于加工超大型鍛件，不易保證產(chǎn)品的精度和材質(zhì)的均勻性。用空心鋼錠生產(chǎn)大型筒體鍛件，可節(jié)約材料費(fèi)15%、加熱費(fèi)50％、鍛造費(fèi)30%。

  2012年由項(xiàng)目組和烏克蘭Elmet-Roll公司共同合作開發(fā)了大型電渣重熔空心鋼錠成套設(shè)備和工藝。該電渣爐采用短結(jié)晶器的抽錠生產(chǎn)方式，可以兼容生產(chǎn)空心錠和實(shí)心錠兩種錠型。工業(yè)試驗(yàn)表明，生產(chǎn)的空心錠表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均非常好。結(jié)晶器組織致密，純凈度高，是生產(chǎn)高端厚壁管和筒體鍛件的理想材料。

8、大型鋼錠電渣重熔技術(shù)

   隨著電力、石化及冶金等領(lǐng)域裝備大型化、復(fù)雜化，對(duì)大型鑄鍛件行業(yè)提出了更高要求，100t以上的大型優(yōu)質(zhì)鋼錠需求量不斷增加。世界上大型鑄鍛件的生產(chǎn)能力主要集中在日本、韓國、**和歐洲。采用電渣重熔生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大型鋼錠是發(fā)展趨勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，德國、意大利、日本和韓國等國家的企業(yè)建成的100t以上電渣爐已達(dá)10多臺(tái)，*大容量250t。目前，我國有7臺(tái)100t以上電渣爐。

9、綠色環(huán)保型電渣重熔新渣系開發(fā)

  隨著各國環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，開發(fā)低氟或無氟環(huán)保型渣系，研究渣系的物理化學(xué)性能以及重熔過程中的物理化學(xué)反應(yīng)，成為電渣冶金的重要研究課題。經(jīng)研究表明，低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱系數(shù)和高黏度的爐渣顯著提高電極熔化的熱效率。低CaF2、高Al2O3 或SiO2 的渣系，存在較多尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陰離子團(tuán)，從而導(dǎo)致簡單陽離子數(shù)量減少，電荷傳遞能力下降即電導(dǎo)率下降。同時(shí)，大量復(fù)雜的陰離子團(tuán)導(dǎo)致黏度增加導(dǎo)熱能力下降。

  東北大學(xué)與沈陽賽美特新材料科技有限公司等企業(yè)合作研發(fā)，取得了一系列專利創(chuàng)新設(shè)計(jì)了系列的低氟多組元節(jié)能環(huán)保型預(yù)熔渣系。節(jié)能環(huán)保型預(yù)熔渣系推廣到國內(nèi)60 多家電渣鋼生產(chǎn)企業(yè)，電渣重熔品質(zhì)提升、降氟效果及噸鋼節(jié)電效果明顯。同時(shí)，采用電熔法制備預(yù)熔渣替代現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械混合渣料，大幅度降低了現(xiàn)場(chǎng)粉塵污染。

10、國際標(biāo)準(zhǔn)制訂與技術(shù)“領(lǐng)跑

  2002年，姜周華教授被國際電工委員會(huì)推舉為電渣爐國際標(biāo)準(zhǔn)工作組組長，成為目前僅有的兩項(xiàng)國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定者。該標(biāo)準(zhǔn)已于2005年8月正式在全世界出版發(fā)行，2020年將完成新修訂版的出版發(fā)行，大大提高了我國在國際標(biāo)準(zhǔn)制訂中的地位和影響力，**了我國電渣技術(shù)在國際上的話語權(quán)。

  東北大學(xué)特殊鋼冶金團(tuán)隊(duì)的理論研究受到國際學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可和廣泛關(guān)注，有關(guān)論文多次登上國際期刊的雜志封面。在國際電渣學(xué)術(shù)研究方面，東北大學(xué)SCI檢索論文在全球292個(gè)研究機(jī)構(gòu)中排名**，姜周華教授個(gè)人排名**。

  成立于1906年的國際電工委員會(huì)（IEC），是世界上成立*早的國際性政府間標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)有關(guān)領(lǐng)域中的國際標(biāo)準(zhǔn)制定、修正等工作，堪稱技術(shù)領(lǐng)域的“聯(lián)合國”，其標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性為世界所公認(rèn)。2005年，姜周華教授被國際電工委員會(huì)授予*高獎(jiǎng)項(xiàng)——“IEC1906”國際標(biāo)準(zhǔn)獎(jiǎng)，成為我國獲此殊榮的**人。

  目前，高品質(zhì)特殊鋼綠色節(jié)能電渣重熔技術(shù)相關(guān)成果在寶武特冶、舞鋼鋼鐵、通裕重工、中鋼邢機(jī)、大冶特鋼、太鋼、興澄特鋼、邢臺(tái)鋼鐵等60多家企業(yè)推廣應(yīng)用，為我國重大工程和國防建設(shè)研制了系列關(guān)鍵核心材料。

  例如用于單機(jī)容量世界*大的烏東德和白鶴灘水電站以及C919大飛機(jī)制造起落架的8萬噸模鍛壓機(jī)支座的電渣特厚板，填補(bǔ)國際空白；探月工程和載人航天用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金渦輪盤，第三代核電示范項(xiàng)目用耐蝕合金，第四代核電示范工程用特種不銹鋼板，高端軸承鋼和模具鋼等，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。電渣產(chǎn)品出口到50多個(gè)國家和地區(qū)。

  該技術(shù)水平經(jīng)專家鑒定為“國際**”水平，已經(jīng)取得發(fā)明專利30余項(xiàng)，獲得國際標(biāo)準(zhǔn)獎(jiǎng)一項(xiàng)，省部級(jí)一等獎(jiǎng)三項(xiàng)，2019年獲得國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。