CN115927865A - 超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电渣重熔渣技术领域，公开了一种超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺。该工艺包括：确定出补充的渣系成分和补渣总量，补充的渣系成分按照按质量计比包含CaF2：60～90份，Al2O3：20～40份，SiO2：0～3份，不稳定氧化物FeO含量占比≤0.8％，补渣总量为电渣重熔熔渣总质量的18％～25％；确定出补渣开始时间、补渣结束时间以及在补渣开始时间至补渣结束时间之间的补渣持续时间，确定出补渣持续时间内的补渣加入速率；根据补渣加入速率在补渣持续时间内持续加入成分的渣系。本申请基于大型电渣重熔冶炼周期长，熔渣成分变化明显的特点，针对性地补充渣料，保证熔渣物化性质的稳定，提高电渣锭的冶金质量和凝固质量，实现电渣重熔操作的顺行和电参数的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电渣重熔渣技术领域，尤其是一种超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺。
背景技术
电渣锭相比于传统铸锭，具有组织致密、成分均匀、纯净度高等特点，高品质电渣锭广泛作为服役条件严苛的零部件用材。随锻造用电渣锭要求不断提高，现有最大的电渣锭重量已达到250t，本申请的大型电渣重熔是指电渣锭质量在100t以上的电渣重熔。随电渣锭质量增加，电渣重熔周期增长，在此过程中，电渣熔渣的高温挥发和渣壳的凝固形成会引起熔渣成分发生变化，而熔渣的物化性质与熔渣成分密切相关。
目前关于电渣重熔过程补充渣料或者调节熔渣成分的方案鲜有报道，不过在LF精炼等工艺中常采用补充渣料或者调节熔渣成分的技术手段，其主要是为了脱除金属中的有害杂质，吸收液态金属中的非金属杂质，富集金属氧化物等作用。
电渣重熔过程中面临的状况则有所不同。电渣重熔过程分为熔化、精炼、凝固三阶段。熔化过程，电流通过渣池产生热量，熔渣升温，使电极端部熔化，形成液滴，此过程中熔渣的电导率是关键因素。熔滴滴落过程中，其运动受熔渣黏度、界面性质的影响。熔滴滴落过程中夹杂物和有害元素的去除及化学成分的微调等，与熔渣黏度、界面性质和组元活度等有关。电渣锭凝固过程中薄而均匀的渣壳可使电渣锭表面光滑无明显缺陷，且渣壳导热系数小，降低了径向传热，有利于电渣锭轴向结晶。电渣熔渣的物理化学性质与电渣重熔过程中铸锭的表面质量和内部质量等均有很大的关系。但在大型电渣重熔冶炼过程中，冶炼周期长，随冶炼时间延长，熔渣成分变化明显，熔渣物化性质发生剧烈变化，影响电渣锭的冶金质量和凝固质量，且对电渣重熔操作顺行、电耗及工艺稳定等产生不利影响。
为实现大型电渣重熔过程操作的顺行和电渣锭轴向方向上冶金质量和凝固质量一致，需实现大型电渣重熔过程中熔渣成分的稳定，而目前行业内尚未有关于大型电渣重熔过程中补充渣料工艺以实现冶炼过程中熔渣成分稳定的技术报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，保证熔渣物化性质的稳定，提高超百吨级电渣重熔过程的熔渣成分的稳定和铸锭的质量。
本发明公开的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，包括如下步骤：
确定出补充的渣系成分和补渣总量，所述补充的渣系成分按照按质量计比包含CaF2：60～90份，Al2O3：20～40份，SiO2：0～3份，不稳定氧化物FeO含量占比≤0.8％，所述补渣总量为电渣重熔熔渣总质量的18％～25％；
确定出补渣开始时间、补渣结束时间以及在补渣开始时间至补渣结束时间之间的补渣持续时间，根据补渣总量和补渣持续时间确定出补渣持续时间内的补渣加入速率；
根据补渣加入速率在补渣持续时间内持续加入所述成分的渣系。
优选地，所述渣系的成分按质量计比CaF2与Al2O3的比例为70：30，SiO2为CaF2与Al2O3总质量的2％。
优选地，所述补渣总量为电渣重熔熔渣总质量的19％～21％。
优选地，所述补渣开始时间在第一次换电极并通电时。
优选地，所述补渣结束时间为电渣重熔补缩工艺开始时。
优选地，所述补渣持续时间为每次换电极并通电到下一次换电极电极之间。(换句话说，就是在换电极期间不进行补渣，在换电极并通电后，才开始再次补渣。
优选地，根据所述补渣持续时间和补渣总量计算出平均补渣加入速率，在补渣持续时间内均以平均补渣加入速率进行补渣。
优选地，在确定补渣总量时，分别测量出电渣重熔过程中形成渣皮损失的熔渣质量以及挥发损失的熔渣质量，根据挥发损失的熔渣质量以及形成渣皮损失的熔渣质量计算出熔渣损失的总质量，根据熔渣损失的总质量确定补渣的渣系总质量。
优选地，根据每个电极消耗的中点沿渣皮的高度方向分别取样检测渣皮的厚度；
根据各取样点渣皮的厚度比值以及形成渣皮损失的熔渣质量占熔渣损失的总质量的比例调整每次更换电极后补渣的速度。
优选地，在每个电极消耗的中点时间分别在相同时间内收集挥发熔渣，检测各次收集的挥发熔渣的质量；
根据各次收集的挥发熔渣的质量比例以及挥发损失的熔渣质量熔渣损失的总质量的比例调整每次更换电极后补渣的速度。
优选地，在补渣时，沿结晶器口匀速圆周运动补加，圆度运动速率为0.05～0.1rad/s。
本发明的有益效果是：本申请基于大型电渣重熔冶炼周期长，熔渣成分变化明显的特点，针对性地补充渣料，保证熔渣物化性质的稳定，提高电渣锭的冶金质量和凝固质量，实现电渣重熔操作的顺行和电参数的稳定。
通过分析工业化电渣重熔冶炼结束后渣帽成分，与初始熔渣成分比较，可得本发明提供的补渣熔渣成分，能够实现电渣重熔过程中熔渣成分的稳定。
通过上述的工艺，改善了电渣锭的表面质量、凝固质量和冶金质量的稳定性，提高电渣锭利用率约10％～15％。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明。
如背景技术中所述，大型电渣重熔冶炼过程中，冶炼周期长，随冶炼时间延长，熔渣成分变化明显，熔渣物化性质发生剧烈变化，影响电渣锭的冶金质量和凝固质量，且对电渣重熔操作顺行、电耗及工艺稳定等产生不利影响。针对这种情况需要补充渣料，但是直接补充原渣是难以保证熔渣成分稳定的，这是因为在冶炼过程中熔渣的各种成分损失并不相同。
本申请的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，包括如下步骤：超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，包括如下步骤：
确定出补充的渣系成分和补渣总量，所述补充的渣系成分按照按质量计比包含CaF2：60～90份，Al2O3：20～40份，SiO2：0～3份，不稳定氧化物FeO含量占比≤0.8％，所述补渣总量为电渣重熔熔渣总质量的18％～25％；
确定出补渣开始时间、补渣结束时间以及在补渣开始时间至补渣结束时间之间的补渣持续时间，根据补渣总量和补渣持续时间确定出补渣持续时间内的补渣加入速率；
根据补渣加入速率在补渣持续时间内持续加入所述成分的渣系。
其中，补渣总量是根据电渣重熔的熔渣损失计算而来，经过测定冶炼过程中挥发损失占电渣重熔全冶炼周期熔渣总质量的10％～15％，且挥发成分中90％为CaF2，其余为其它氟化物。渣皮形成在全冶炼周期内造成的熔渣成分损失为电渣重熔熔渣总质量的7％～10％，从分析来看，凝固渣皮中的CaF2和Al2O3的质量比约为1，其中Al2O3的质量略多。结合允许偏差，补充渣料约为初始渣料质量的15％～25％，成分主要是CaF2和Al2O3，为了降低补充渣料对渣池温度场的影响，应选用低熔点补充渣料成分，据研究：CaF2-9％Al2O3熔渣的液相线温度1290℃，CaF2-27％Al2O3熔渣液相线温度1270℃。最终确定出，补充渣料的渣系成分，按质量计比包含CaF2：60～90份，Al2O3：20～40份。同时为了降低补充渣料的成本，同时降低渣料的熔化温度，补充渣料中增加0～3份的SiO2。
本申请的补渣不同于精炼补渣，由于熔渣的损失是持续不断发生的，需要持续不断的进行补渣，而补渣必须按照一定的速率进行，不能过快或者过慢，不然反而会影响电渣重熔的稳定，因此，本申请计算出补渣总量和补渣持续时间确定出补渣持续时间内的补渣加入速率，再根据补渣加入速率在补渣持续时间内持续加入所述成分的渣系。
为了降低补充渣料采购成本，补充渣料宜选用成熟渣料，即70％CaF2-30％Al2O3较优。因此根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系的成分按质量计比CaF2与Al2O3的比例为70：30，SiO2为CaF2与Al2O3总质量的2％。大型电渣重熔具有冶炼周期长，虽然熔渣的挥发和渣皮的形成等引起熔渣质量损失为电渣重熔熔渣总质量的15％～25％，为了保证补充渣料加入后能及时熔化，不影响渣池的流动性和冶金性能，补充渣料加入不宜过多，因此选择补充渣料加入量约为初始渣料质量的20％±1％，即可实现电渣重熔过程中熔渣成分稳定，还可降低补充渣料成本。
本申请是基于大型电渣重熔冶炼周期长造成熔渣成分变化明显而研发的，因此，补充渣料的开始时间显然不是冶炼的开始时间，而是熔渣成分将要发生明显变化，影响钢锭影响电渣锭的质量的时候，在本申请的优选实施例中，所述补渣开始时间在第一次换电极并通电时，这是因为在交换电极后，熔渣温度会略微降低，同时***冷电极，引起电参数发生变化，此时补加冷渣，可起到稳定电参数作用。电渣重熔过程中，补缩工艺开始后，输入功率降低，为了保证渣池流动性，此时不再适宜加入冷渣，因此补渣结束时间为电渣重熔补缩工艺开始时。虽然可以在补渣开始时间至补渣结束时间过程中不间断地进行补渣，但是，在换电极过程中熔渣成分变化不明显，因而不补加渣料，即所述补渣持续时间为每次换电极并通电到下一次换电极电极之间。
至于补渣速率的计算，在本申请的一个优选实施方式中，根据所述补渣持续时间和补渣总量计算出平均补渣加入速率，在补渣持续时间内均以平均补渣加入速率进行补渣。此种方式的优势在于计算和操作简单，易于实施，劣势在于补充不够精细。
电渣重熔过程中，熔渣的损失，主要包括形成渣皮损失的熔渣质量以及挥发损失的熔渣质量，电渣重熔过程中挥发损失主要反应如下：
Ca(OH)2＝CaO+H2O(g) (1)
Mg(OH)2＝MgO+H2O(g) (2)
2Al(OH)3＝Al2O3+3H2O(g) (3)
CaCO3＝CaO+CO2(g) (4)
CaF2＝CaF2(g) (5)
3CaF2+Al2O3＝3CaO+2AlF3(g) (6)
CaF2+MgO＝CaO+MgF2(g) (7)
CaF2+AlF3+CaO＝2CaF2(g)+AlOF(g) (8)
3CaF2+2B2O3＝3CaO+4BF3(g) (9)
、在确定补渣总量时，分别测量出电渣重熔过程中形成渣皮损失的熔渣质量以及挥发损失的熔渣质量，根据挥发损失的熔渣质量以及形成渣皮损失的熔渣质量计算出熔渣损失的总质量，根据熔渣损失的总质量确定补渣的渣系总质量。据此，在本申请的另一个优选实施方式中，根据每个电极消耗的中点沿渣皮的高度方向分别取样检测渣皮的厚度；根据各取样点渣皮的厚度比值以及形成渣皮损失的熔渣质量占熔渣损失的总质量的比例调整每次更换电极后补渣的速率。由于渣皮的形成在高度方向上厚度是不一致的，形成渣皮越厚，则损失的熔渣越多，因此，通过计算在可以在将形成较厚渣皮的地方提高补渣的速率，在渣皮较薄的地方降低补渣速率。由于本申请是在补渣持续时间为每次换电极并通电到下一次换电极电极之间，因此，宜将每次重新开始补渣作为变化速度的节点，并且以电极消耗的中点测量渣皮的厚度，减少取样数量。类似地，每个电极消耗的中点时间分别在相同时间内收集挥发熔渣，检测各次收集的挥发熔渣的质量；根据各次收集的挥发熔渣的质量比例以及挥发损失的熔渣质量熔渣损失的总质量的比例调整每次更换电极后补渣的速率。其原理与根据渣皮损失一致。补渣加入的渣料粒径宜控制在3～5mm，加入时，应沿结晶器口匀速圆周运动补加，避免对渣池温度场造成明显影响，圆度运动速率宜控制在0.05～0.1rad/s。
以下为利用本发明大型电渣重熔冶炼过程中补充渣料工艺的具体实施例，通过具体实施例对本发明的方案、优点和技术效果更进一步了解。
本实施例的大型电渣重熔过程补充渣料的熔渣成分的质量百分比为：CaF2：68.8％，Al2O3：29.8％，SiO2：0.6％，杂质0.8％。
利用上述渣系进行大型电渣重熔冶炼过程中的补充渣料工艺。
电渣重熔冶炼初始熔渣质量约1.25t，熔渣成分为CaF2：55％，Al2O3：22％，CaO：20％，MgO：3％，补充渣料质量为250kg，冶炼所用电极为四根30t电极。
(1)将补充渣料放入烘烤炉内加热到700℃，保温烘烤时间为6h，然后随炉冷却至室温；
(2)在第一根电极取出，第二根电极***渣池并通电后，开始加入补充渣料，并按照补渣时间(此时刻至补缩工艺开始时刻内的时间)，设定补充渣料的加入速率，在交换第三根电极过程中，不补加渣料，在第三根电极交换完毕，送电之后，再次开始补加渣料，交换第三根电极同样如此；
(3)在电渣冶炼结束后，分析渣帽成分，并与初始熔渣成分比较，结果如下表所示。
(4)按照前述操作流程，在冶炼过程中不补加渣料，在冶炼结束后，分析渣帽成分，并与初始熔渣成分比较，结果如下表所示。
| CaF2 | Al2O3 | |
| 原始渣成分/％ | 55 | 22 |
| 不补加渣料渣帽成分/％ | 41.2 | 17.5 |
| 补加渣料渣帽成分/％ | 52.5 | 22.5 |
结果如上表所示，可见在大型电渣重熔冶炼过程中补充渣料，可实现熔渣在冶炼过程成分和物化性质稳定，提高电渣锭的冶金质量和凝固质量。
电渣锭上部的冶金质量、表面质量明显改善。不补加渣料的电渣锭上部需切除部分约为25％，采用补加渣料工艺后电渣锭上部仅需切除约10％～15％。
Claims (11)
1.一种超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，包括如下步骤：
确定出补充的渣系成分和补渣总量，所述补充的渣系成分按照按质量计比包含CaF2：60～90份，Al2O3：20～40份，SiO2：0～3份，不稳定氧化物FeO含量占比≤0.8％，所述补渣总量为电渣重熔熔渣总质量的18％～25％；
确定出补渣开始时间、补渣结束时间以及在补渣开始时间至补渣结束时间之间的补渣持续时间，根据补渣总量和补渣持续时间确定出补渣持续时间内的补渣加入速率；
根据补渣加入速率在补渣持续时间内持续加入所述成分的渣系。
2.如权利要求1所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，所述渣系的成分按质量计比CaF2与Al2O3的比例为70：30，SiO2为CaF2与Al2O3总质量的2％。
3.如权利要求1或2所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，所述补渣总量为电渣重熔熔渣总质量的19％～21％。
4.如权利要求1所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，所述补渣开始时间在第一次换电极并通电时。
5.如权利要求1或4所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，所述补渣结束时间为电渣重熔补缩工艺开始时。
6.如权利要求5所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，所述补渣持续时间为每次换电极并通电到下一次换电极电极之间。
7.如权利要求5所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，根据所述补渣持续时间和补渣总量计算出平均补渣加入速率，在补渣持续时间内均以平均补渣加入速率进行补渣。
8.如权利要求5所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，在确定补渣总量时，分别测量出电渣重熔过程中形成渣皮损失的熔渣质量以及挥发损失的熔渣质量，根据挥发损失的熔渣质量以及形成渣皮损失的熔渣质量计算出熔渣损失的总质量，根据熔渣损失的总质量确定补渣的渣系总质量。
9.如权利要求6所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，根据每个电极消耗的中点沿渣皮的高度方向分别取样检测渣皮的厚度；
根据各取样点渣皮的厚度比值以及形成渣皮损失的熔渣质量占熔渣损失的总质量的比例调整每次更换电极后补渣的速率。
10.如权利要求6或9所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，在每个电极消耗的中点时间分别在相同时间内收集挥发熔渣，检测各次收集的挥发熔渣的质量；
根据各次收集的挥发熔渣的质量比例以及挥发损失的熔渣质量熔渣损失的总质量的比例调整每次更换电极后补渣的速率。
11.如权利要求1所述的超百吨级电渣锭全重熔周期稳定化冶炼补渣工艺，其特征在于，在补渣时，沿结晶器口匀速圆周运动补加，圆度运动速率为0.05～0.1rad/s。
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