CN111304520B - 一种电弧炉冶炼cb2材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造技术领域，主要涉及高温耐热材料CB2材料的冶炼过程方法，CB2材料主要为ZG12Cr9Mo1Co1NiVNbNB；该方法主要步骤包括：备料、EAF炉冶炼、LF炉冶炼、VD炉冶炼、LF炉调整成分、浇注；采用可本发明的冶炼方法运用了VD处理冶炼C含量在0.1％左右的铸件，可避免钢液二次氧化，减少了钢液中氧化物的含量，提高B、Nb、V等易氧化元素的回收率，同时可以使S含量降到更低。且冶炼时间缩短一半，一次冶炼合格率达到95％以上，废品率降为零，极大降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种电弧炉冶炼CB2材料的方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，主要涉及高温耐热材料CB2材料的冶炼过程方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，能源短缺成为社会发展的瓶颈，实现环境友好型经济增长是当前国际能源行业发展的主要方向。节能减排，加大原有能源方面的投入和新型能源的比例的同时，提高现有能源的利用率显得尤为重要。大功率、高参数、高热效率、耐高温、耐高压的超超临界汽轮机是当今蒸汽轮机技术的发展方向，通过提高蒸汽的温度和压力可以明显提高能源的利用率，因此提高蒸汽轮机效率的关键在于提高材料的耐高温度、高压力能力。
高合金耐热钢铸件由于具有较好的高温强度，尤其是高温抗氧化及高温抗蠕变性能，使其能够在温度620℃、压力25MPa以上的苛刻环境下工作，成为大型高端燃气、蒸汽发电机组最为理想的耐高温、高压部件。CB2材料主要包含ZG12Cr9Mo1Co1NiVNbNB、ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB等材质，冶炼过程中需要控制的元素达到14种，元素种类是普通材质的2倍，特别是Co、B等元素，最近几年才开始应用于炼钢中，它们的元素特性以及在钢中的作用机理还需要进一步进行研究。国内很多厂家由于欠缺这方面的经验，不能很好的掌握此材料的冶炼方法，通常造成一些元素由于回收率低，加入合金量大，浪费成本，甚至有一些元素超出规范标准，造成铸件报废等情况。因此如何掌握CB2材料的冶炼方法，同时将14种元素控制到位，成为当前研究的重点。
发明内容
本发明通过对CB2材料冶炼方法的研究，主要解决在冶炼CB2材料过程中遇到的各种难题，提高一次冶炼合格率，减少废品率，降低生产成本，同时采用本发明CB2材料冶炼方法，可以使企业产品更加多元化，提高企业竞争力。
一种电弧炉冶炼CB2材料的方法，包括如下步骤：
备料：投炉料采用废钢、生铁，所述废钢与所述生铁加入量比例为8:2；
EAF炉冶炼：首先布料，将投炉料加入EAF炉中，同时加入钢液总量的5％的石灰提前进行脱P；钢液温度达到1620℃后开始吹氧脱碳，且在EAF炉内不进行还原；当P含量≤0.005％，C含量≤0.05％后，温度到达1640℃～1670℃时，出钢至LF炉冶炼；
LF炉冶炼：首先加入2kg/吨钢～3kg/吨钢的AL粒对钢液进行充分还原，直至氧活性降低到5PPM以下，加入1000kg～1200kg活性石灰减少电极增碳，再加入50kg～80kg萤石，氩气流量调至0.4Mpa～0.6Mpa进行脱S，S含量脱低至0.01％以下，取光谱样分析化学成分，调整钢液成分至钢液中各元素含量符合标准范围内，温度调整至1620℃～1640℃时，出钢至VD炉冶炼；
VD炉冶炼：首先抽高真空，真空度达到67pa以下，通过高真空去除钢中的非金属夹杂物以及N、H、O等有害气体；保持15min后VD结束，加入1kg/吨钢～1.5kg/吨钢Al粒，保持5min后，出钢至LF炉调整成分；
LF炉调整成分：调整氩气压力为0.2Mpa～0.25Mpa，防止钢液剧烈翻滚，氩气太大N回收率低；之后加入氮化铬铁，5min后取样分析，出钢浇注；
浇注：采用吹氩环保护浇注，防止钢液进一步二次氧化，浇注后补撒300kg～500kg保温剂，以防止浇注缺陷产生。
作为本发明进一步的方案，在EAF炉冶炼步骤中，布料过程中石灰总量的40％置于炉料底部用于垫底，石灰总量的60％加在炉料中间；以使熔化阶段的钢液能与石灰充分反应，确保钢液熔化后能与石灰充分接触，提高脱P的效率。
作为本发明进一步的方案，在EAF炉冶炼步骤中，当吹氧脱碳量大于0.2％后，炉门向下倾斜30度开始流渣，当流渣量大于钢渣总量的90％以上，停止流渣，并从高位料仓加入第二批石灰，加入量为钢水总量的2％～3％，继续进行吹氧脱碳，直至P含量≤0.005％，吹氧结束后确保炉内氧化渣去除量≥95％；这样减少钢渣中被脱除的P发生可逆反应生成单质P重新回到钢液，造成P含量升高。
作为本发明进一步的方案，在EAF炉冶炼步骤中，出钢时向钢包里面投入2kg/t的铝块，同时投入300kg的脱S剂；出钢采取快速出钢，防止残留的氧化渣进入钢包。
作为本发明进一步的方案，在LF炉冶炼步骤中，调整钢液成分时先加入不易氧化的合金，并且分批次少量加入，每次加入量小于300kg；所述不易氧化的合金包括：铬铁、钼铁、电解钴、电解镍。
进一步地，加入电解钴时将钢液温度升至1590℃以上，氩气流量调至0.4Mpa～0.6Mpa，电解钴的熔点为1495℃左右，且属于不易氧化元素，通过此方法，电解钴的回收率可以达到95％以上。
作为本发明进一步的方案，在LF炉冶炼步骤中，加入不易氧化的合金后取样分析，若碳含量小于0.12％，继续加入易氧化元素，所述易氧化的元素包括Mn、Si、V、Nb、B；根据钢中各元素含量，先将Mn、Si、V三种元素控制到规范标准以内，然后再调整Nb、B两种元素；通过此方法，铌铁的回收率可以达到80％～85％，硼铁的回收率可以达到60％～65％。
作为本发明进一步的方案，在VD炉冶炼步骤中，渣层厚度保持在180mm～220mm；若渣层超过这个厚度，扒掉多余的渣子。
进一步地，在VD炉冶炼步骤中，通过观测孔随时观察氩气大小，钢液翻滚直径在600mm～800mm范围内，翻滚直径太大或太小都不利于钢液去气、去夹杂。
作为本发明进一步的方案，在LF炉调整成分步骤中，氮化铬铁的加入量(kg)＝[(氮含量的目标值-0.05％)*钢液重量]/(氮化铬铁回收率*氮化铬铁中氮含量)。
进一步地，在LF炉调整成分步骤中，取样分析含量过程中，若N含量不符合标准要求，则继续加入氮化铬铁，所有成分合格后调整氩气压力为0.1Mpa～0.15Mpa软吹一段时间，温度达到1585℃后出钢浇注。
作为本发明进一步的方案，在浇注步骤中，浇注前30min进行型腔吹氩，浇注时测量型腔氧气浓度，氧气浓度＜5％后即可浇注。
本发明方法具有以下有益效果：
本发明提供一种电弧炉冶炼CB2材料的方法运用了VD处理冶炼C含量在0.1％左右的铸件，可避免钢液二次氧化，减少了钢液中氧化物的含量，提高B、Nb、V等易氧化元素的回收率，同时可以使S含量降到更低。
CB2材料冶炼过程中钢液中N含量要求在0.015％～0.025％，这种范围的N含量，超出原有钢液的含有的氮含量，但是加入的量又相当的少，而加入氮化铬铁后N的回收率又随着加入量的多少而不同，通过实验、及数据的收集整理，总结出了N含量在这个范围的回收率在85％左右，同时通过后续的实践生产，验证了此回收率的合理性，采用本发明的冶炼方法，N含量一次符合率达到100％。
CB2材料属于含B的低熔点、低密度、易氧化材质，由于B元素的特殊性，在冶炼前通过试验总结B的加入工艺，VD前加入硼铁而非VOD后加入，这样B的回收率从50％提高到80％，同时冶炼时间缩短40％。
采用EAF+LF+VD冶炼工艺，代替了EAF+LF+VOD工艺，冶炼时间缩短一半，一次冶炼合格率达到95％以上，废品率降为零，极大降低了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
无
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供了一种电弧炉冶炼CB2材料的方法，CB2材料主要为ZG12Cr9Mo1Co1NiVNbNB，需要控制的元素达到14种，具体的化学成分含量满足：C：0.10～0.14％，Si：0.20～0.4％，Mn：0.60～0.90％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：9.00～9.60％，Mo：1.40～1.60％，Ni：0.10～0.25％，N：0.015～0.025％，Co：0.95～1.15％，B：0.008～0.01％，V：0.18～0.25％，Al：≤0.010％，Nb：0.05～0.07％，Cu：≤0.2％；具体冶炼方法包括以下步骤：
备料：由于此材质成品P≤0.015％，加上后期还原期、精炼过程中钢液回P以及合金化过程中带来的P，EAF出钢P需要控制在0.005％以下；因此投炉料采用废钢、生铁，所述废钢与所述生铁加入量比例为8:2。
钢包准备：钢包采用镁铬砖砌筑，防止冶炼过程中耐火材料增碳，且必须将钢渣清理干净，防止残渣进入钢液中，残渣中的脱P产物发生可逆反应生成单质P，增加钢液P含量，且提前烘烤好，出钢前钢包温度大于700℃；出钢前确保氩气畅通。
EAF炉冶炼：首先布料，将投炉料加入EAF炉中，同时加入钢液总量的5％的石灰提前进行脱P；钢液温度达到1620℃后开始吹氧脱碳，且在EAF炉内不进行还原；当P含量≤0.005％，C含量≤0.05％后，温度到达1640℃～1670℃时，出钢至LF炉冶炼。
该步骤中，具体地，布料过程中石灰总量的40％置于炉料底部用于垫底，石灰总量的60％加在炉料中间；以使熔化阶段的钢液能与石灰充分反应，确保钢液熔化后能与石灰充分接触，提高脱P的效率。
具体地，当吹氧脱碳量大于0.2％后，炉门向下倾斜30度开始流渣，当流渣量大于钢渣总量的90％以上，停止流渣，并从高位料仓加入第二批石灰，加入量为钢水总量的2％～3％，继续进行吹氧脱碳，直至P含量≤0.005％，吹氧结束后确保炉内氧化渣去除量≥95％；这样减少钢渣中被脱除的P发生可逆反应生成单质P重新回到钢液，造成P含量升高。
具体地，出钢时向钢包里面投入2kg/t的铝块，同时投入300kg的脱S剂；出钢采取快速出钢，防止残留的氧化渣进入钢包。
需要说明的是，常规产品在EAF吹完氧后需要加入Al粒进行还原操作，但由于CB2材料铸件对P含量要求严格，因此在EAF炉内冶炼时不进行还原。
LF炉冶炼：首先加入2kg/吨钢～3kg/吨钢的AL粒对钢液进行充分还原，直至氧活性降低到5PPM以下，加入1000kg～1200kg活性石灰减少电极增碳，再加入50kg～80kg萤石，氩气流量调至0.4Mpa～0.6Mpa进行脱S，S含量脱低至0.01％以下，取光谱样分析化学成分，调整钢液成分至钢液中各元素含量符合标准范围内，温度调整至1620℃～1640℃时，出钢至VD炉冶炼。
该步骤中，具体地，调整钢液成分时先加入不易氧化的合金，并且分批次少量加入，每次加入量小于300kg；其中所述不易氧化的合金包括：铬铁、钼铁、电解钴、电解镍。
具体地，加入电解钴时将钢液温度升至1590℃以上，氩气流量调至0.4Mpa～0.6Mpa，电解钴的熔点为1495℃左右，且属于不易氧化元素，通过此方法，电解钴的回收率可以达到95％以上。
具体地，加入不易氧化的合金后取样分析，若碳含量小于0.12％，继续加入易氧化元素，所述易氧化的元素包括Mn、Si、V、Nb、B；根据钢中各元素含量，先将Mn、Si、V三种元素控制到规范标准以内，然后再调整Nb、B两种元素；由于Nb、B两种元素熔点低而且极容易被氧化，所以加之前钢液必须充分还原，钢水氧活性小于一定值后，且钢中Al含量大于固定值后，证明钢水已经还原充分，此时可以依次加入铌铁与硼铁两种合金；通过此方法，铌铁的回收率可以达到80％～85％，硼铁的回收率可以达到60％～65％。
需要说明的是，加入不易氧化的合金时分批次少量加入，若每次加入太多容易导致断电极，浪费能源以及增碳严重，如果发生断电极只能进行VOD，如此可能导致最终的全氧含量、S含量偏高。
VD炉冶炼：首先抽高真空，真空度达到67pa以下，通过高真空去除钢中的非金属夹杂物以及N、H、O等有害气体；保持15min后VD结束，加入1kg/吨钢～1.5kg/吨钢Al粒，保持5min后，出钢至LF炉调整成分。
该步骤中，具体地，渣层厚度保持在180mm～220mm；若渣层超过这个厚度，扒掉多余的渣子。且通过观测孔随时观察氩气大小，钢液翻滚直径在600mm～800mm范围内，翻滚直径太大或太小都不利于钢液去气、去夹杂。
LF炉调整成分：调整氩气压力为0.2Mpa～0.25Mpa，防止钢液剧烈翻滚，氩气太大N回收率低；之后加入氮化铬铁，5min后取样分析，出钢浇注。
该步骤中，具体地，氮化铬铁的加入量(kg)＝[(氮含量的目标值-0.05％)*钢液重量]/(氮化铬铁回收率*氮化铬铁中氮含量)。
具体地，取样分析含量过程中，若N含量不符合标准要求，则继续加入氮化铬铁，所有成分合格后调整氩气压力为0.1Mpa～0.15Mpa软吹一段时间，温度达到1585℃后出钢浇注。
需要说明的是，加入氮化铬铁前还需控制Al含量不宜太高，Al含量高容易跟N形成AlN，降低N的回收率。
浇注：采用吹氩环保护浇注，防止钢液进一步二次氧化，浇注后补撒300kg～500kg保温剂，以防止浇注缺陷产生。
该步骤中，具体地，为防止浇注过程中钢液的二次氧化，造成合金元素的损失以及夹杂物的产生，浇注前30min进行型腔吹氩，浇注时测量型腔氧气浓度，氧气浓度＜5％后即可浇注。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
备料：投炉料采用废钢、生铁，所述废钢与所述生铁加入量比例为8:2；
EAF炉冶炼：首先布料，将投炉料加入EAF炉中，同时加入钢液总量的5％的石灰；钢液温度达到1620℃后开始吹氧脱碳，且在EAF炉内不进行还原；当P含量≤0.005％，C含量≤0.05％后，温度到达1640℃～1670℃时，出钢至LF炉冶炼；
LF炉冶炼：首先加入AL粒对钢液进行充分还原，直至氧活性降低到5ppm 以下，加入活性石灰减少电极增碳，再加入萤石，氩气流量调至0.4MPa ～0.6MPa 进行脱S，S含量脱低至0.01％以下，取光谱样分析化学成分，调整钢液成分至钢液中各元素含量符合标准范围内，温度调整至1620℃～1640℃时，出钢至VD炉冶炼；
VD炉冶炼：首先抽高真空，真空度达到67pa以下，保持15min后VD结束，加入1kg/吨钢～1.5kg/吨钢Al粒，保持5min后，出钢至LF炉调整成分；
LF炉调整成分：调整氩气压力为0.2MPa ～0.25MPa ，加入氮化铬铁，氮化铬铁的加入量(kg)＝[(氮含量的目标值-0.05％)*钢液重量]/(氮化铬铁回收率*氮化铬铁中氮含量)，5min后取样分析，出钢浇注；
浇注：采用吹氩环保护浇注，浇注后补撒保温剂。
2.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，在EAF炉冶炼步骤中，布料过程中石灰总量的40％置于炉料底部用于垫底，石灰总量的60％加在炉料中间。
3.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，在EAF炉冶炼步骤中，当吹氧脱碳量大于0.2％后，炉门向下倾斜30度开始流渣，当流渣量大于钢渣总量的90％以上，停止流渣，并从高位料仓加入第二批石灰，加入量为钢水总量的2％～3％，继续进行吹氧脱碳，直至P含量≤0.005％，吹氧结束后确保炉内氧化渣去除量≥95％。
4.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，在EAF炉冶炼步骤中，出钢时向钢包里面投入2kg/t的铝块，同时投入300kg的脱S剂。
5.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，在LF炉冶炼步骤中，调整钢液成分时先加入不易氧化的合金，并且分批次少量加入，每次加入量小于300kg。
6.根据权利要求5所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，加入不易氧化的合金后取样分析，若碳含量小于0.12％，继续加入易氧化元素，所述易氧化的元素包括Mn、Si、V、Nb、B；根据钢中各元素含量，先将Mn、Si、V三种元素控制到规范标准以内，然后再调整Nb、B两种元素。
7.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，在VD炉冶炼步骤中，渣层厚度保持在180mm～220mm。
8.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼CB2材料的方法，其特征在于，在浇注步骤中，浇注前30min进行型腔吹氩，浇注时测量型腔氧气浓度，氧气浓度＜5％后即可浇注。
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