搞大炮，要电渣重熔钢材，上世纪50年代的电渣重熔技术早就迭代了

昨天在讨论我们大口径舰炮即便造出来也晚了100年的文章中有人回复电渣重熔技术。不错，这个技术的确是一个用来制造高强度炮管钢的关键技术，但是并不代表所有的炮管都是用的电渣重熔钢材制造。同时，所谓的电渣重熔技术本身是上世纪50年代俄国人在搞焊接时候搞出来的一个副产品，到了3/4个世纪之后咋还当作宝呢？又一个“某某行业皇冠上的明珠”？

那么今天咱们就来聊聊电渣重熔技术的前世今生好了。

如果要聊，电渣重熔（Electro Slag Remelting，ESR）那么这件事就可好玩了。但是在当前的技术环境下，一个中国读者如果要讨论外国技术的话，就不要对着中文词汇望文生义。这也是为什么W君在很多文章中提到了一项技术都会附带缩写，甚至是外文原文的原因。有时候能从源头上知道这个词汇的写法就特别有助于对技术的深入理解。

毕竟咱们不是搞文学的，也就不惧“张先生跟外国人来往惯了，说话有个特征——也许在洋行、青年会、扶轮社等圈子里，这并没有什么奇特——喜欢中国话里夹无谓的英文字。他并无中文难达的新意，需要借英文来讲；所以他说话里嵌的英文字，还比不得嘴里嵌的金牙，因为金牙不仅妆点，尚可使用，只好比牙缝里嵌的肉屑，表示饭菜吃得好，此外全无用处。——《围城》”，中牙缝中的肉屑的说法了。

电渣重熔是俄国人发扬光大的，他们的原文是Электрошлаковый переплав直译就是 “电-渣-重熔”，Электро-这是电力的前缀，和我们说的电车、火车、汽车中的前缀一样是说明性质，шлак就是炉渣，是这个词的核心意义。-овый是一个形容词的后缀，用来把一个名词转变成形容词——表示“与…有关的”，所以说“шлаковый”就是“与炉渣有关的”。至于переплав就是“重新熔化”的意思了。

переплав

讲到这项技术和前两天焊航母的一项技术是有共同点的，这就是“电渣焊”（Электрошлаковая сварка）。

在焊接大且厚的垂直焊缝的时候，用电极融化掉焊钎，让熔化的焊钎金属填充材料缝隙，经过冷却后一条巨大的垂直焊缝就被焊接出来了。

在上世纪30年代，俄国工程师发现电渣焊的焊缝比母材还要结实耐用，后来试验性的将整块钢锭吊在渣池里让它慢慢往下熔，重新凝固出来的金属竟然比原来的更干净、更均匀。于是，这个本来是焊接副产品的思路，被斯捷帕诺夫一帮人盯上，正式发展成了“电渣重熔”工艺。

但是在上世纪30-50年代冷战的思维下，很多事情都是保密的或者含糊其辞的。工艺中的“шлак”也就成了炉渣。到了西方社会在60年代开始导入俄国人的技术，由于“Электрошлаковый переплав”这个词汇已经约定俗成了，于是就变成了“Electro Slag Remelting”，Slag——还是指炉渣。

在冶金术语中炉渣是属于废弃倒掉的那一部分。

冶金工厂在丢弃炉渣

这就给了很多望文生义的人一个误导，认为电渣重熔是从炉渣里面精炼出一些特殊的钢材。

实际上，ESR里的slag并不是冶炼剩下的垃圾，而是专门配方的高温精炼剂。它既是加热介质，也是化学过滤层，能吸附金属中的氧化物和硫化物，并隔绝空气防止二次氧化。换句话说，这里的渣是“功能材料”，而不是在垃圾堆里捡漏。

那么这里的“渣”到底是什么？

这种渣的配方可不简单，一般要配上CaF₂（氟化钙）、Al₂O₃（氧化铝）、CaO（氧化钙）、MgO（氧化镁），有时还会加点SiO₂、TiO₂来调节温度适应特性、吸附率等特殊的工艺特性——这些都是粉末或颗粒状的高熔点氧化物和氟化物。丢进炉子里，它们在高温下融成一锅液态渣池。

渣池要干三件事、第一是发热，ESR不是直接用电流烧钢，而是先让电流通过渣池，利用渣的电阻发热把钢电极慢慢熔化，热得均匀，不会“局部烤焦”。第二是精炼：钢液和渣接触，渣会把钢里的氧化物、硫化物这些非金属夹杂吸出来，相当于一边熔一边过滤。第三是阻隔空气，渣池盖在钢液上隔绝空气，防止二次氧化，还能稳稳地控温，让钢液从下往上定向凝固，晶粒细、组织致密。

那么需要炼制的钢铁在哪里呢？被做成了电极！

在通电的状态下，电极接近了高温的渣池末端会不断融化，液态的合金材料就会继续向下渗透，而渣的密度要远小于下面的“铁水”，随着上面的电极不断消融下面的合金液体也不断上升。而渣池就会悬浮在两者之间形成过滤精炼的关键层。等一个电极消耗完，就可以从熔炼器中取出一块精炼好的合金了。而更重要的就是这套设备通常在外部衬层中会通入冷却水，由于冷却作用的存在就不会让合金一直处于液态。

与传统技术“倒铁水”出来再凝固成金属锭的方式相比，少了气液扰动，空气中的氮元素氧元素就能避免掺杂到成品中。这就提高了合金成分的可控性。

同时，由于是液态在干锅内迅速结晶，ESR工业也可以提高成品的结晶特性，在控温后是可以生成单晶金属的。

这就是基本的ESR工艺了。

说过优点，咱们说缺点由于电渣重熔的技术决定了在坩锅内总是会有一大锭固态的合金，因此每次一个坩锅内只能熔炼一锭高品质合金。熔炼后取出坩锅内的合金（抽锭）也是一个费时费力的工作。

而且在抽锭的过程中，实际上ESR设备是处于停工状态的。这个技术就不像开开高炉拼命填料，钢水像自来水一样源源不断流出（连铸连轧）的传统工艺那么高产量。这也就是为什么ESR工艺成本高的最根本原因了。

不过，现在的ESR设备都是设计成旋转锅台的设计。

一个电极对应旋转架上的多个坩锅，生产效率一下子也就上了了。而且凡事别到了咱们中国人手里，任何行业规模化生产都是中国人的一个梦想。ESR也不例外，2019年国家科学技术进步一等奖颁发给了这个项目“高品质特殊钢绿色高效电渣重熔关键技术的开发和应用”其实就是我们的自主知识产权电渣重熔设备。据不完全统计到了前年就有60多家钢厂用了325套，全国的产能早就过了百万吨级。

而且是更进一步迭代的新设备，“可控气氛电渣重熔”。

原理简单说一下，传统ESR不是在结锭后可以减少空气中的氧氮干扰吗？但是在结锭前渣池内呢？不是还有空气成分吗？这个技术就是往坩锅里面再通入保护性气体，保证了结锭前的合金纯度。

当然了，再升级就有真空重铸（Vacuum Arc Remelting，VAR）

这已经成了ESR技术的再次升级版本。通常是利用ESR的合金再在真空环境内利用电弧再次精炼。所以说，“炮管钢”用电渣重熔的材料放在上世纪80-90年代说听起来比较高端，但是到了现在技术都升级了好几轮了，也就没有太多必要去强调炮管钢是电渣重熔的了——毕竟也没先进到哪里去。

回过头，咱们再说“炮管钢”，这不仅仅是什么路子炼出来的什么“钢”，还有一个重要指标在于合金配比和后期加工工艺。例如目前世界主流的国家所使用的炮管材料都在这个表内：

你会发现，基本上顶级产品的性能差别都已经不是特别的大。

这件事就又回到了谁能低成本规模化生产这个议题上，谁能产的多，谁就能更有优势。不过貌似我们谈钢铁产能这件事最近20年好像没输过吧？

所以回到文章开头，电渣重熔技术的确曾经是制造高强度炮管钢的重要一步，但它的高光年代早就停在了上世纪末。今天的材料体系里，ESR不过是起点，后面还有可控气氛、真空重熔、双重净化乃至粉末冶金等一整套升级路线。单拎“电渣重熔”出来当卖点，就好比汽车广告里大谈“四轮驱动”一样——重要，但绝不是能说明一切的标签。

真正决定炮管性能的，不只是你用哪种工艺熔的钢，更在于合金设计、热处理控制、机械加工，以及能否稳定、低成本、大批量地生产出同等质量的产品。否则，就算技术名字喊得再响，也难掩它早已不是“皇冠上的明珠”，而只是一颗被历史抛光过、如今光泽普通的老宝石。

那为啥“电渣重熔炮管钢”那么让人心醉呢？其实本质上是大多数军迷听到一个词汇就停止了，并没有深入的去了解这门技术以及这门技术的发展趋势。这种事情在我们老家一般叫做“眼窝子浅”。