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第1章 概论1

1.1 电渣冶金在特种冶金中的地位1

1.2 电渣重熔的基本原理2

1.3 电渣重熔的基本特点3

1.4 电渣冶金的分类4

1.5 电渣冶金技术的发展过程及趋势8

1.5.1 国外电渣冶金技术的发展8

1.5.2 国内电渣冶金技术的发展13

1.5.3 展望15

参考文献18

第2章 电渣冶金炉渣的物理性质21

2.1 熔渣的基本概念21

2.2 电渣冶金用渣系组成、来源及组元的作用21

2.3 炉渣在电渣冶金中的作用22

2.4 相图24

2.4.1 氟化物单元系25

2.4.2 二元系26

2.4.3 三元系33

2.4.4 四元系43

2.5 电导率46

2.5.1 基本概念46

2.5.2 电导率的测量方法48

2.5.3 常见ESR炉渣的电导率54

2.6 密度68

2.6.1 CaF2基渣系的密度70

2.6.2 CaO-Al2 O3 -SiO 2三元系的密度75

2.7 黏度77

2.8 表面张力和界面张力85

2.8.1 基本概念85

2.8.2 表面张力测试方法89

2.8.3 界面张力测试方法94

2.8.4 熔渣界面性质对电渣重熔工艺的影响96

2.8.5 常见ESR渣系的表面张力和界面张力97

2.9 热物理性质109

2.9.1 热容109

2.9.2 导热系数111

2.9.3 熔渣的黑度119

2.10 渣系物理性质计算模型121

2.10.1 含氟渣系电导率模型121

2.10.2 含氟渣系黏度模型123

2.10.3 表面张力计算模型128

参考文献129

第3章 熔渣的化学性质及电渣过程与熔渣有关的反应134

3.1 熔渣组元的活度134

3.1.1 二元渣系组元的活度134

3.1.2 三元渣系组元的活度135

3.1.3 四元渣系组元的活度140

3.1.4 多元渣系组元的活度计算方法140

3.2 熔渣的硫化物容量144

3.2.1 炉渣硫容量的定义145

3.2.2 熔渣的硫容量模型146

3.2.3 二元渣系的硫容量150

3.2.4 三元渣系的硫容量151

3.2.5 电渣过程硫的反应152

3.2.6 影响重熔过程脱硫反应的因素153

3.3 熔渣中氢的行为157

3.3.1 熔渣中氢（H2）和水（H2O）溶解过程的物理化学分析157

3.3.2 气相中水向熔渣——钢液的渗透机理166

3.3.3 气氛中水在熔渣中渗透率测定方法及结果167

3.4 熔渣中氮的溶解度171

3.5 熔渣的成分变化及其挥发性175

3.6 电渣过程碳的反应180

3.7 电渣重熔过程磷的行为180

3.8 电渣重熔过程元素的成分变化182

3.8.1 合金元素氧化和还原的机理182

3.8.2 电渣过程氧的行为、来源及渣的传氧能力183

3.8.3 渣中氧化物的稳定性与钢中氧含量的关系185

3.8.4 镍基合金中Al、 Ti成分的控制189

3.8.5 电渣重熔中微量Mg元素的控制191

3.9 直流电渣重熔及其电化学反应193

3.9.1 直流电渣重熔的意义193

3.9.2 直流电渣重熔的熔化速度和比电耗194

3.9.3 直流电渣过程中的电化学反应195

3.9.4 直流电渣重熔钢锭的质量198

参考文献200

第4章 渣系的选择与应用205

4.1 渣系对ESR产品质量及技术指标的影响205

4.1.1 渣系对电渣过程技术指标的影响205

4.1.2 渣系对电渣锭表面质量的影响207

4.1.3 渣系对冶金质量的影响208

4.2 渣系选择原则和常见的电渣重熔渣系210

4.2.1 渣系选择原则210

4.2.2 渣系命名方法211

4.2.3 常见的电渣重熔渣系和应用212

4.3 无氟渣的开发与应用219

4.3.1 无氟渣的组成219

4.3.2 无氟渣的主要性能特点220

4.3.3 无氟渣的操作工艺特点223

4.3.4 无氟渣的实际使用效果223

4.4 酸性渣电渣重熔226

参考文献230

第5章 电渣重熔工艺参数的选择与制定232

5.1 电渣炉的电气原理232

5.2 电渣重熔工艺参数制定的基本原则235

5.3 电渣重熔工艺参数的分类236

5.3.1 几何参数236

5.3.2 基本控制参数236

5.3.3 目标参数237

5.4 钢锭结晶质量的衡量方法238

5.4.1 树枝晶间距238

5.4.2 枝晶间距与凝固条件的关系238

5.4.3 熔化速度与局部凝固时间的关系241

5.4.4 ESR钢锭的金属熔池形状与钢锭质量的关系243

5.4.5 热量传递对ESR金属熔池形状的影响244

5.5 工艺参数对主要目标参数的影响246

5.5.1 电极直径（充填比）的影响246

5.5.2 渣系及渣池深度的影响247

5.5.3 电制度对冶金质量和效率的影响249

5.6 电渣重熔参数的优化匹配251

5.7 ESR过程工艺参数的变化及工艺控制模型256

5.7.1 恒功率重熔时各参数的变化256

5.7.2 递减功率重熔的工艺要求258

5.7.3 递减功率重熔的控制方法259

5.7.4 工艺控制数模260

参考文献260

第6章 电渣冶金新技术261

6.1 可控气氛电渣重熔技术261

6.1.1 可控气氛电渣炉的产生背景261

6.1.2 惰性气体（Ar、 N2）或者干燥空气保护电渣炉262

6.1.3 加压电渣重熔技术264

6.1.4 真空电渣重熔技术266

6.2 电渣连铸技术（快速电渣重熔技术）267

6.3 电渣液态浇注技术279

6.3.1 导电结晶器技术279

6.3.2 电渣液态浇注技术的特点282

6.3.3 电渣液态浇注双金属复合轧辊282

6.3.4 电渣液态浇注实心钢锭285

6.4 特厚板坯电渣重熔技术290

6.5 空心钢锭电渣重熔技术296

6.5.1 空心钢锭生产方法296

6.5.2 电渣重熔生产空心钢锭方法299

6.6 电弧渣重熔技术306

6.6.1 电弧渣重熔设备及特点306

6.6.2 电弧渣重熔效果307

6.7 洁净金属形核铸造技术309

6.7.1 设备及特点309

6.7.2 应用CMNC技术生产燃气轮机涡轮盘310

6.7.3 CMNC关键技术311

6.8 电渣法制备钛锭311

参考文献312

第7章 电渣冶金过程的传输现象315

7.1 电渣重熔过程热平衡315

7.2 电渣重熔过程传热特性的实验研究318

7.2.1 实验设备及主要测试方法318

7.2.2 实验结果及讨论320

7.3 用传热学分析电渣锭的表面质量324

7.3.1 电渣锭表面光滑成型的本质和条件324

7.3.2 影响电渣锭表面质量的主要因素324

7.3.3 重熔过程钢锭从下往上表面质量的差异328

7.4 渣池传输现象的微分方程328

7.4.1 描述渣池传输现象的基本微分方程329

7.4.2 轴对称柱坐标下渣池电磁场、流场和温度场的微分方程331

7.5 渣池中电位、电流及发热分布的数学模拟332

7.5.1 模型的数学描述333

7.5.2 实验条件及数据335

7.5.3 计算结果及讨论335

7.5.4 小结340

7.6 渣池流体流动和温度分布的模拟计算341

7.6.1 主导方程341

7.6.2 壁函数341

7.6.3 边界条件342

7.6.4 实验型电渣炉的模拟计算结果345

7.6.5 工业电渣炉的模拟计算结果350

7.7 渣面以上辐射传热的理论计算353

7.7.1 模拟的数学描述354

7.7.2 计算结果及分析356

7.7.3 小结359

7.8 ESR钢锭凝固模型的数学描述359

7.8.1 主导方程360

7.8.2 边界条件360

7.8.3 潜热的处理361

7.8.4 金属熔池的对流传热362

7.8.5 金属熔滴温度的计算362

7.8.6 局部凝固时间LST的计算364

7.9 ESR钢锭边界传热系数的确定364

7.9.1 ESR钢锭边界传热系数的理论计算365

7.9.2 基于热流测定数据的钢锭边界传热系数的计算367

7.10 实验室小型电渣炉重熔过程凝固传热的模拟计算369

7.10.1 数学模拟的求解方法369

7.10.2 小型ESR钢锭的模拟计算结果370

7.11 大型工业电渣炉重熔过程钢锭凝固的模拟计算374

7.11.1 渣池温度和熔化速度的计算374

7.11.2 模型的求解375

7.11.3 Mn18Cr18N电渣钢锭温度场的模拟计算结果376

7.11.4 供电制度对钢锭温度场的影响378

7.11.5 熔化速度和局部凝固时间的关系379

7.12 ESR钢锭热应力分布的数值模拟380

7.12.1 应力场数学模型的描述380

7.12.2 Mn18Cr18N电渣重熔钢锭模拟分析382

7.12.3小结384

参考文献384

第8章 电渣重熔过程数学模型的新进展387

8.1 电渣重熔过程熔滴形成及滴落行为387

8.1.1 电渣重熔过程熔滴滴落行为的数值模拟387

8.1.2 电渣重熔过程熔滴滴落行为的物理模拟399

8.2 电渣液态浇注新工艺数学模型406

8.2.1 电渣液态浇注实心钢锭406

8.2.2 电渣液态浇注空心钢锭417

8.2.3 导电结晶器加热ESS LM制备复合轧辊435

8.3 电渣连铸新工艺数学模型443

8.3.1 双极串联电渣连铸小方坯443

8.3.2 导电结晶器电渣连铸新工艺及数学模型449

8.4 电渣重熔板坯新工艺数学模型459

8.4.1 模型边界和有限元模型460

8.4.2 数学模型的研究结果462

8.4.3 功率对金属熔池的影响468

8.5 电渣重熔空心钢锭新工艺数学模型469

8.5.1 电渣重熔空心锭有限元模型及参数469

8.5.2 不同工艺参数对结果的影响470

参考文献480

第9章 电渣锭常见质量问题484

9.1 电渣锭的表面质量484

9.1.1 电渣重熔钢锭表面的主要缺陷484

9.1.2 影响电渣锭表面质量的因素486

9.1.3 提高铸锭表面质量的措施488

9.2 铸锭的内部质量489

9.2.1 元素偏析489

9.2.2 夹渣或者富集性夹杂缺陷493

9.2.3 疏松和缩孔494

9.2.4 气孔496

9.2.5 氢含量过高499

9.2.6 氧含量过高502

参考文献503