CN107858525A - 一种电渣重熔无氟渣工艺配方及其用于电渣重熔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种电渣重熔无氟渣工艺配方及其用于电渣重熔的方法。该电渣重熔无氟渣，包括如下重量份的组分：40～44份CaO、46～50份Al₂O₃、3～5份MgO和5～10份Li₂CO₃。采用这样配比的无氟渣，添加的Li₂CO₃及MgO以取代一部分的CaO和Al₂O₃，使熔炼过程中的渣成分及工艺过程的更加稳定；采用该无氟渣进行电渣重熔后得到的不仅钢锭成型更好、表面光洁、铸锭偏析程度更小，而且更环保没有硫化物及球状夹杂物。

Description

一种电渣重熔无氟渣工艺配方及其用于电渣重熔的方法

技术领域

本发明具体涉及一种电渣重熔无氟渣工艺配方及其用于电渣重熔的方法。

背景技术

电渣重熔技术是获得高品质钢锭的有效手段之一，在电渣重熔过程中，钢在液渣充分反映的条件下被提纯，在高温熔渣的保护下于水冷结晶器内凝固，且钢锭表面有渣皮的保护，从而获得表面光洁，内部的轴向结晶组织发达，非金属夹杂物显著降低，极大地改善了偏析和疏松缺陷。该技术目前在国内外得到广泛的应用。

电渣重熔法炼钢是生产优质合金钢及合金的重要冶炼方式，在电渣重熔过程中选用与之匹配适应的重熔渣，将是一个重要的工艺技术环节，其除了作为自耗电极的热源外还可以控制金属的化学成分、精炼钢液、去除非金属夹杂物。国内外曾长期广泛使用AHΦ-6渣（CaF₂70%+Al₂O₃30%）。目前常用的以CaF₂为基的高氟重熔渣，存在比电导高，熔渣发热量不足，重熔过程中熔渣成分不可控，继而影响了电渣重熔在重熔工艺的稳定性，由于含有大量的CaF₂，在熔炼过程中有SiF₄、HF、AlF₃等大量易挥发含氟气体逸出，严重污染环境，危害人体健康等，存在一定的隐患，不符合环保节能要求，还需匹配相关的辅助环保设施。

现已存在的无氟重熔渣，主要开发有CaO-Al₂O₃和CaO-Al₂O₃-SiO₂无氟渣，依据相关的资料及相图理论介绍，刚好能形成稳定的12CaO·7Al₂O₃共晶体。CaO的熔点2580℃左右，Al₂O₃的熔点2050℃左右，两者存在熔点差，而电渣重熔过程是在循环水强冷却的条件下进行的，因此熔点高的CaO优先于熔点低的Al₂O₃在结晶器内壁凝固，随着熔炼的进行CaO随之减少，难以较好的形成稳定的12CaO·7Al₂O₃。所以，使用CaO：Al₂O₃质量比都是近似1:1配比的无氟渣，在实际生产中渣皮薄厚度容易不均匀，严重影响钢锭表面光洁度等，存在成分配比需依据经验适度调整的困扰。

现有某些方案采用如下技术方案：一种电渣重熔无氟渣，包括如下组分：CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂的组合配比，虽然避免了电渣重熔过程中的氟污染，但在含有铝、钛元素高温合金、精密合金等材料的电渣重熔，将会对其内合金元素比例受到影响，从而达不到预期技术标准要求。

在含铝、钛高温合金的电渣重熔过程中，由于铝、钛元素的活跃性，容易置换解析SiO₂中的Si元素，打破了成分平衡。且该方案无氟渣的熔点高于其他渣系种类熔点约100~200℃，起弧相对困难，顾此失彼丧失了其优越特性。

有方案采用石墨电极起弧，来解决其熔点高的弊端，在某些合金种类，特别是对碳含量＜0.08%要求的种类，将会受到影响。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中含氟渣存在的问题解决并彻底代替，进一步提供一种既能降低对环境的污染，又能保证电渣重熔的钢液流动性好、熔点大幅度降低、铸锭成型好、表面光洁、铸锭偏析程度小、组织致密均匀且气体含量低的电渣重熔无氟渣及其用于电渣重熔的方法，且该方法在解决现有无氟渣存在问题的同时，扩充了应用范围，.更加的适用于真空状态下的电渣重熔过程。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电渣重熔无氟渣，包括如下重量份的组分：40～44份CaO、46～50份Al₂O₃、3～5份MgO和5～10份Li₂CO₃。

采用这样配比的无氟渣，添加的Li₂CO₃及MgO以取代一部分的CaO和Al₂O₃，使熔炼过程中的渣成分及工艺过程的更加稳定；其中，Li₂CO₃可降低渣的熔点：Li₂CO₃在受热条件下，分解为LiO₂和CO₂，CO₂气体析出，锂离子由于其相对体积小，填充在其它分子之间，破坏了分子间的作用力，降低了其熔点30-50℃；而少量的MgO在渣池表面形成半凝固膜，减少渣池吸氢及渣中变价氧化物向金属熔池传递氧的可能性。为了弥补熔炼过程在强冷条件下凝固损失掉的CaO。采用该无氟渣进行电渣重熔后得到的钢锭成型更好、表面光洁、铸锭偏析程度更小。

所述电渣重熔无氟渣包括如下重量份的组分：44份CaO、46份Al₂O₃、4份MgO和6份Li₂CO₃。采用这样优选配比渣料，可以有效降低铸锭中气体含量同时，使钢中延伸性氧化物、硫化物含量大幅降低.

采用所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，包括如下步骤：

a）将无氟渣于800~900℃下炉内烘焙8~10小时，即取即用；

b）将自耗电极焊接在假电极上，装配好电渣重熔炉，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤a）烘焙好的无氟渣，用金属电极起弧，观察结晶器炉内颜色变明亮后再过8~11分钟，取出石墨电极；所述脱氧剂包括铝粉和钙粒，所述铝粉、钙粒和无氟渣的质量比为0.3~0.5:0.3~0.7:100；

c）步骤b）造渣结束后，将石墨电极换成自耗电极熔炼，设置电压62~65V、电流7000~8000A，（备注：在选择电压、电流的数值时，将依据不同产品种类、吨位进行设定，不作为唯一标准值）通电重熔金属，重熔过程中添加铝粉进行脱氧，其中，铝粉的添加量为所述自耗电极重量的0.05~0.1%。

继续步骤b）中用金属电极起弧，结晶器炉内温度达到预期温度后，取出金属电极。这样更加能保证无氟渣熔化完全，确保较高的渣池温度，进而使自耗电极熔炼过程中净化效率更高。

自耗电极的材料为合金结构钢、合金工具钢、合金模具钢或奥氏体不锈钢、特别是合金结构钢、合金工具钢、合金模具钢或奥氏体不锈钢含有铝或钛的合金钢种。本发明采用无氟渣进行电渣重熔的方法对奥氏体钢种产生了颇为优质的效果，使这两类钢种铸锭成型效果好，表面光洁，去硫效果好，钢中的延伸性硫化物及氧化物降低显著。

相比现有技术，本发明具有如下优势：

1、本发明无氟渣料通过各组分的协同配伍作用，在满足现有无氟渣配方优势同时，比如：能够使重熔得到的钢锭表面光洁、铸锭偏析程度小、组织均匀致密、钢中气体含量低，克服了现有技术无氟渣得到的铸锭厚度不均匀光洁度差的问题。最好提供钢锭金相结构对比图来对比看出上述优点，同时，具备了更大范围的钢种适用性，合金结构钢、合金工具钢、合金模具钢，奥氏体不锈钢、特别是含有铝或钛的合金钢种。

2、本发明无氟渣与现有技术含氟渣系相比，在电渣重熔过程中不会挥发产生有毒氟化物，进而不会污染环境和危害人体健康，更加具有绿色环保性。

3、采用本发明无氟渣进行电渣重熔可以采用现有的常规电渣重熔设备，适用性强，特别是在真空电渣冶炼中，更加凸显其独特的制备优势。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。但本发明的保护范围不限于以下的实施例。

1、实例1 应用该渣系冶炼H13电渣锭实例

一种电渣重熔无氟渣，包括如下重量份的组分：44份CaO、46份Al₂O₃、4份MgO和6份Li₂CO₃采用上述电渣重熔无氟渣重熔生产H13电渣锭，用于电渣重熔3吨锭型电渣锭。共试验三炉,具体采用如下方法：

a）称取原料，在800℃保温烘烤7-8小时，充分去除渣料中的水分。

b）结晶器平均直径：Φ580mm

c）自耗电极直径：Φ420mm,自耗电极坯焊接在假电极上；

d）使用渣量：100Kg

e）冶炼电压：72~75V

f）冶炼电流：11000~13000A

g）熔炼结果，电渣锭表面光洁，经过锻造后各项检测性能均符合GB/T1299《合金工具钢》的技术要求。

h）采用逐级减小电流方式补缩。补缩结束断电后，在结晶器内冷却50-60分钟，脱模送入加保温罩，得到H13合金钢锭。

i）H13钢电渣重熔前后化学成分的对比附表1和附表3

2、实施例2 应用该渣系冶炼GH4169高温合金电渣锭实例(操作流程通实例1，不再累述）

a) .用于电渣重熔1吨锭型电渣锭。共试验三炉

b) .结晶器平均直径：Φ360mm

c) .自耗电极直径：Φ220mm

d) .使用渣量：40Kg

e) .冶炼电压：62~65V

f) .冶炼电流：7000~8000A

g) .熔炼结果，电渣锭表面光洁，经过锻造后各项检测性能均符合客户技术要求。

h) .GH4169电渣重熔前后化学成分的对比见附表2和附表3

由附表1、附表2各项对比可知：重熔后得到的钢锭比自耗电极坯的氮、氢、氧的含量均有降低；钢中延伸性氧化物、硫化物的含量也大幅降低。另，使用本发明的无氟渣获得的H13、GH4169主要陈述比对比文件有什麽样的优点，克服对比文件中那些缺陷。

本渣系由于加入了Li₂CO_3，有效降低了渣子的熔点，其流动性很好，对于冶炼像GH4169一类的高温合金和奥氏体不锈钢有明显的优势，电渣重熔后，电渣锭表面光洁，无渣沟和皱折，几乎可以适应所有钢种及合金的冶炼。由于本渣系熔点低，流动性好，采用本渣系冶炼时电渣锭表面的渣皮更薄，在结晶器相同的冷却条件下，电渣锭的激冷层明显增厚，内部组织更加致密，晶粒更细。锻造后检测锻件的晶粒度可以达到8级以上，并且碳化物颗粒分布细小均匀，横向冲击功明显增加.并且本发明的渣系无挥发出腐蚀性的氟气，不会对设备产生腐蚀，从对表表3中可以看出没有硫化物及球状夹杂物，因此电渣重熔无氟渣及其用于电渣重熔的方法更环保。

附表1 H13钢电渣重熔前后化学成分的对比

附表2 GH4169电渣重熔前后化学成分的对比

附表3电渣重熔前后钢锭的检测结果

说明：A类：硫化物 B类：硅酸盐类 C类：铝酸盐类 D类：不变形球状夹杂

“0”代表当前没有发现含量；其它数值依据GB图谱对照得出数据。

Claims (8)

1.一种电渣重熔无氟渣，其特征在于，包括如下重量份的组分：40～44份CaO、46～50份Al₂O₃、3～5份MgO和5～10份Li₂CO₃。

2.根据权利要求1所述电渣重熔无氟渣，其特征在于，包括如下重量份的组分：44份CaO、46份Al₂O₃、4份MgO和6份Li₂CO₃。

3.采用权利要求1或2所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将权利要求1或2所述电渣重熔无氟渣于800~900℃下炉内烘焙8~10小时；

2）将自耗电极焊接在假电极上，装配好电渣重熔炉，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1）烘焙好的无氟渣，用石墨电极起弧，观察结晶器炉内颜色变明亮后再过7~12分钟，取出石墨电极；所述脱氧剂包括铝粉和钙粒，所述铝粉、钙粒和无氟渣的质量比约为0.25~0.5:0.33~0.65:100，可依据不同的钢种进行微量的调整，以适应其最佳品质；

3）步骤2）造渣结束后，将石墨电极换成自耗电极熔炼，设置电压52~54V、电流7500~8100A，通电重熔金属，重熔过程中添加铝粉进行脱氧，其中，铝粉的添加量为所述自耗电极重量的0.06~0.10%。

4.根据权利要求3所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，其特征在于，步骤2）中气弧电极的选择上，普通钢选择石墨电极，高温合金、低碳合金选金属电极。

5.根据权利要求3所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，其特征在于，步骤2）中用石墨电极起弧，结晶器炉内颜色变明亮后再9-12分钟，取出石墨电极。

6.根据权利要求3所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，其特征在于，步骤3）中设置电压52V、电流7800A通电重熔金属。

7.根据权利要求3所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，其特征在于，所述自耗电极的材料为奥氏体不锈钢、合金结构钢、合金工具钢或合金模具钢。

8.根据权利要求7所述电渣重熔无氟渣进行电渣重熔的方法，其特征在于，所述自耗电极的材料为奥氏体不锈钢、合金结构钢、合金工具钢或合金模具钢中含有铝或钛的钢种。