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空心管坯技術(shù)拓寬電渣冶金應(yīng)用空間

近年來，隨著我國高壓鍋爐、電站、石油化工等行業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對厚壁管，特別是中、大口徑（外徑400 mm～1 000 mm×25～80 mm)無縫厚壁管特厚壁管的需求不斷增加,盡管我國自2003年起就一直是無縫鋼管的生產(chǎn)、消費第一大國，但就上述規(guī)格的某些品種而言，目前國內(nèi)生產(chǎn)很難滿足市場需求，尤其是大口徑、特厚壁無縫鋼管缺口較大。國內(nèi)僅電站、鍋爐產(chǎn)業(yè)年需ASME標(biāo)準(zhǔn)各類大口徑、特厚壁無縫鋼管就在10萬噸左右，這當(dāng)中有8萬噸的缺口需要進口彌補。

電渣重熔管坯技術(shù)極具開發(fā)價值

大直徑厚壁管的生產(chǎn)與一般結(jié)構(gòu)鋼管相比具有以下難點：周期長，投資大，生產(chǎn)工序多、工藝復(fù)雜，檢測項目多、要求嚴(yán)格。目前生產(chǎn)方法主要有鍛造鏜孔、鑄造成形、自由鍛、卷制焊接成形法、電渣重熔法幾種。

2002年，東北大學(xué)先后采用結(jié)晶器導(dǎo)電技術(shù)、雙極串連、交換電極、T型結(jié)晶器、液位檢測等技術(shù)開發(fā)了電渣連鑄新技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)力。在電渣連鑄技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒烏克蘭實驗室生產(chǎn)管坯電渣爐的經(jīng)驗，東北大學(xué)計劃開發(fā)電渣重熔管坯技術(shù)，以解決厚壁管生產(chǎn)成本高的問題。

在內(nèi)結(jié)晶器、外結(jié)晶器和引錠裝置構(gòu)成的環(huán)形空間中加入液態(tài)爐渣，將自耗電極端部插入其中。當(dāng)多支并聯(lián)的自耗電極、爐渣、底水箱通過短網(wǎng)與變壓器形成供電回路時，便有電流從變壓器輸出通過液態(tài)熔渣，使自耗電極的端部被逐漸加熱熔化，熔化的金屬穿過渣池進入金屬熔池，因結(jié)晶器中心裝有水冷內(nèi)結(jié)晶器，液態(tài)金屬逐漸凝固成管坯鋼錠。當(dāng)管坯鋼錠達到一定高度后，開始抽錠。抽錠速度與自耗電極的熔化速度相匹配，結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面位置通過鋼水液面檢測裝置進行監(jiān)測。

突破電渣重熔管坯關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)晶器設(shè)計方面，為提高充填比以減少電極長度，外結(jié)晶器須設(shè)計成T型，即電極熔化部分結(jié)晶器直徑大于鋼錠成型部分，內(nèi)結(jié)晶器設(shè)計為直桶形。為了減少漏鋼漏渣，內(nèi)外結(jié)晶器須帶有合適的錐度。目前他們設(shè)計的幾種鋼錠斷面尺寸為Φ900/Φ200 mm、Φ900/Φ400 mm、Φ650/Φ450 mm。

在交換電極時渣溫急劇下降，導(dǎo)致鋼錠表面形成渣溝較深，為了保持交換電極期間渣溫不會急劇下降，須采用另外一路電源對結(jié)晶器渣池供電加溫。該電源在正常重熔階段也可作為輔助電源供電，鋼錠的表面質(zhì)量會有所改善。由于電極較長、較細(xì)，鋼錠較長，另外形成的閉合回路包圍面積較大，根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗，短網(wǎng)壓降會很大，往往在重熔后期會出現(xiàn)變壓器功率不足的現(xiàn)象。為解決該難題，擬采用平行布線和同軸導(dǎo)電技術(shù)。

電極為多支并聯(lián)的小直徑電極棒，在T形結(jié)晶器內(nèi)很難實現(xiàn)固渣啟動，所以應(yīng)事先在化渣爐內(nèi)化好適量的液態(tài)爐渣倒入結(jié)晶器內(nèi)。

在使用T形結(jié)晶器的抽錠電渣重熔技術(shù)中，金屬液面位置的控制尤為關(guān)鍵，液位過高會出現(xiàn)鋼錠拉斷的現(xiàn)象，液位過低時常出現(xiàn)漏鋼漏渣等問題。國內(nèi)連鑄技術(shù)中近年來普遍采用射線法檢測結(jié)晶器內(nèi)金屬液面，在管坯電渣重熔中也可使用射線法。根據(jù)以往經(jīng)驗，由于熔化速度較慢，設(shè)計精度達到±5 mm即可滿足技術(shù)要求。

液態(tài)熔渣倒入結(jié)晶器后便在引錠底板上凝固成渣殼，影響鋼錠與引錠底板之間的連接，這將會成為一個要重點解決的問題。

與傳統(tǒng)電渣重熔技術(shù)不同的是，鋼錠與結(jié)晶器之間存在相對運動，如果鋼錠與結(jié)晶器之間的渣殼被破壞將會發(fā)生漏鋼、漏渣，擬采用通過調(diào)整渣系的物理性能和工藝制度來解決該問題。

通過對電渣重熔管坯技術(shù)的進行科學(xué)分析，該工藝方案是可行的。電渣重熔管坯技術(shù)克服了其他方法生產(chǎn)大口徑厚壁管的諸多問題，是一項極具開發(fā)價值的技術(shù)。

（摘自中國鋼鐵新聞網(wǎng)：2010-12-06臧喜民文)