一种重熔精炼渣及其用于对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法

摘要

本发明提供一种重熔精炼渣及其用于对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法，所述重熔精炼渣包括如下重量份的组分：CaF2 45~50份、Al2O3 15~20份、CaO 15~20份、TiO2 8~10份和MgO 5~7份；所述方法先将上述精炼渣和脱氧剂于650~800℃下保温烘烤9~13小时，以高Al高Ti合金钢作为自耗电极，将脱氧剂和烘烤好的重熔精炼渣加入到化渣炉内熔化，再将熔化完全的脱氧剂和重熔精炼渣倒入电渣重熔炉内，装配好电渣重熔炉，调节电压60~65V、电流9500~15000A，在惰性气体保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼。本发明方法制得的钢锭Al、Ti含量合格且分布均匀。

说明书

技术领域

本发明属于电冶金技术领域，涉及一种重熔精炼渣及其用于对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法。

背景技术

电渣重熔是通过熔渣的电阻热使自耗电极熔化，金属熔滴穿过熔渣层而形成熔池，并在结晶器内重新结晶凝固成钢锭的一种方法。自耗电极在熔化形成液滴—渣洗—凝固的过程中，发生多种复杂的冶金物化反应，不同钢种在不同的重熔工艺制度下，重熔前后的化学成分也将发生不同程度的变化。尤其是重熔含有Al、Ti元素的钢种时，Al、Ti在电渣重熔的过程中易氧化，造成电渣锭成份很难控制。

公开号为CN1059371的发明专利，旨在解决电渣重熔法生产低铝（Al≤0.010%）的高级优质金属材料。而公开号为CN101736164的发明专利，旨在解决电渣重熔法生产高Ti低Al(Ti:2.4～3.2%，Al≤0.35% )的金属材料，而现有技术中以上选用的渣系用于Al、Ti相当的合金，尤其是高Al高Ti含量且Al和Ti含量相当的合金，Al、Ti收得不均匀尤其是Ti钢锭头尾收得偏差大，因此现有的渣系不适用于该类合金的电渣重熔。如GH37、GH35、GH500的电渣重熔中，因而存在着一定的局限和不足之处。

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：针对现有技术电渣重熔方法并不适用于高Al高Ti合金钢的电渣重熔，而提供一种重熔精炼渣及其用于对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法，使采用该方法制得的重熔钢锭中Al、Ti合金成分合格且分布均匀。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种重熔精炼渣，包括如下重量份的组分：CaF₂>2O₃>2>

本发明是根据高Al高Ti且Al、Ti含量相当合金钢的成分特点，特别设计出的重熔精炼渣，该渣系中加入了可以抑制钢中钛烧损的TiO₂，且加入的MgO不仅可以提高熔渣在高温下的黏度，在熔池表面形成一层半凝固膜，防止渣池吸氧及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧，还能提高渣中Ti₃O₅和Al₂O₃的活度系数，降低渣中TiO₂的活度系数，抑制TiO₂传递供氧作用，进一步抑制了Ti和Al烧损，使高Al高Ti且Al、Ti含量相当合金钢在电渣重熔中Al和Ti烧损量最低，保证制得的钢锭成分合格，质量优异。

进一步，所述重熔精炼渣包括如下重量份的组分：CaF₂>2O₃>2 10份和MgO>

该组份的渣中不稳定氧化物如SiO₂含量低，加入约15份CaO使渣中的氧含量下降，渣系熔化后形成稳定的共晶化合物，对钢液中夹杂的吸附能力强。由于Ti是不稳定的变价氧化物，渣中加入质量约10份的TiO₂对钢种具有抑制作用。另外该组份熔渣的渣-金属之间的界面张力大，渣对钢的侵润差，钢种夹杂或是渣中夹钢的现象降低，金属的损失也减少，活泼元素Al、Ti收得变高。

再进一步，所述重熔精炼渣的各组分中SiO₂的质量含量均≤1.0%。本发明进一步为了避免合金钢中的Al元素被烧损，严格控制渣系中各组分SiO₂含量小于等于1.0%，将Al元素的烧损量降到了最低。

采用上述重熔精炼渣对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法，包括如下步骤：

1）将上述重熔精炼渣于650~800℃下保温烘烤9~13小时；

2）以高Al高Ti合金钢作为自耗电极，将脱氧剂和步骤1）烘烤好的重熔精炼渣加入到化渣炉内熔化，其中，所述重熔精炼渣的添加量为所述自耗电极重量的4~5%；所述脱氧剂为质量比1~3：2~4的钛铁粉和铝粉，所述脱氧剂总添加量和重熔精炼渣的质量比为12~17:1000；所述高Al高Ti合金钢为Al质量含量为1.7～3.5%、Ti质量含量为1.7～3.5%的合金钢；

3）将步骤2）熔化完全的脱氧剂和重熔精炼渣倒入电渣重熔炉内，装配好电渣重熔炉，调节电压60~65V、电流9500~15000A，在惰性气体保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼；其中，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.6~1.0:1000。

采用上述重熔精炼渣进行电渣重熔，能够有效避免合金钢中的Al和Ti元素被烧损，使制得的重熔钢锭能够保证高Ti和Al含量，且针对本发明合金钢电渣重熔时在渣相中容易产生变价氧化物，本发明特别通过研究，最后发现调节电压62~64V、电流10000~13000A，按照上述重熔精炼渣、脱氧剂的添加量进行填充，能保证渣池表面温度低，进一步降低Al和Ti元素的烧损量，使制得的重熔钢锭成分合格。

进一步，控制所述自耗电极和电渣重熔炉结晶器的直径比为0.7~0.75:1，更优选地，所述自耗电极和电渣重熔炉结晶器的直径比最佳为0.75:1。这样，可以最大程度地减少自耗电极表面受热辐射氧化，减少合金成分的烧损。

进一步，步骤3）中所述惰性气体为氩气，流速为15~20 L/min，更优选地，氩气的流速最佳为20 L/min。以这样的流速通入氩气，可以降低渣池中的氧浓度，保护电极表面不受辐射热氧化，进一步减少烧损。

作为优化，步骤3）冶炼过程中所述钛粉和铝粉均按照7~12g/min的速度进行添加。采用这样的方式在冶炼过程中连续均匀地加入钛粉和铝粉，可以使渣池中的脱氧更加彻底，使合金中Al和Ti元素烧损更少。

作为优化，所述自耗电极在渣池中的埋入深度与自耗电极的直径比为0.5~0.7:1，更优选地，埋入深度与自耗电极的直径比最佳为0.5:1。采用这样的埋入深度，可以控制低价氧化物和气相氧的反应，减少氧的传递速度，减少Al和Ti的烧损。

作为又一优化，所述电渣重熔炉的结晶器和底水箱间设置有石棉层。采用这样的绝缘措施，有利于降低渣池表面温度，进而减少氧化，减少合金中Al和Ti元素的烧损。

作为另一优化，所述高Al高Ti合金钢为GH37合金钢、GH35合金钢或GH500合金钢。本发明方法对GH37合金钢、GH35合金钢或GH500合金钢的重熔效果更好，能最大程度保证Al和Ti元素不被烧损。所述GH37合金钢[Al]wt.%：1.8～2.3、[Ti] wt.%：1.7～2.3，GH35合金钢[Al] wt.%：2.1～2.5、[Ti] wt.%：2.0～2.8，GH500合金钢[Al] wt.%：2.75～3.25、[Ti] wt.%：2.75～3.25。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明是针对高Al高Ti且Al、Ti含量相当合金钢的成分特点，特别设计出的重熔精炼渣，该渣系中加入了可以抑制钢中钛烧损的TiO₂，且加入的MgO不仅可以提高熔渣在高温下的黏度，在熔池表面形成一层半凝固膜，防止渣池吸氧及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧，还能提高渣中Ti₃O₅和Al₂O₃的活度系数，降低渣中TiO₂的活度系数，抑制TiO₂传递供氧作用，进一步抑制了Ti和Al烧损，使高Al高Ti且Al、Ti含量相当合金钢在电渣重熔中Al和Ti烧损量最低，保证制得的钢锭成分合格，质量优异。

2、本发明通过控制冶炼电压、电流和渣料填充量，并控制自耗电极的埋入深度，控制了氧化物和气相氧的反应，减少氧的传递速度，进一步降低了Ti和Al的烧损量，本发明还通过在结晶器和底水箱中间设置石棉层，降低渣池的表面温度，更进一步辅助降低烧损量，使制得的钢锭中合金成分合格，且头中尾部合金成分分布均匀。

3、本发明使用的渣系中组分易于获得，方法中采用的装置为通用装置，方法参数易于控制，更便于进行工业推广，具有良好的市场前景。

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。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。

下述实施例中均控制所述自耗电极和电渣重熔炉结晶器的直径比为0.7~0.75:1；自耗电极在渣池中的埋入深度与自耗电极的直径比为0.5~0.7:1；所述电渣重熔炉的结晶器和底水箱间设置有石棉层。

实施例1电渣重熔GH37合金

以GH37合金作为自耗电极，自耗电极坯尺寸为∮450mm，结晶器尺寸为∮600mm。

选用如下重量份组分的重熔精炼渣：CaF₂>2O₃>2 10份和MgO>2、Al₂O₃、CaO、TiO₂和MgO中SiO₂的质量含量均≤1.0%。

采用如下方法对GH37合金进行电渣重熔，包括如下步骤：

1）将上述重熔精炼渣于800℃下保温烘烤10小时，

2）以上述GH37合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，将脱氧剂和步骤1）烘烤好的重熔精炼渣，加入到专门化渣炉内熔化，熔渣全部熔化完后倒入重熔炉内；其中，所述重熔精炼渣的添加量为240kg（所述自耗电极重量的4%）；所述化渣时加入脱氧剂的质量为3600g，所述脱氧剂为钛铁粉和铝粉，所述钛铁粉加入质量为1350g，铝粉的加入质量为2250g；

3）步骤2）熔渣全部熔化完倒入重熔炉内后，调节电压64V，电流11500A，在惰性气体氩气保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，钛铁粉和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.8:1000，所述钛铁粉和铝粉的质量比为1:1，所述钛铁粉和铝粉加入的总量为4800g。所述氩气的流速控制为20 L/min，冶炼过程中所述钛粉和铝粉按照9g/min的速度进行添加。

自耗电极GH37合金钢标准[Al]%：1.8～2.3、[Ti]%：1.7～2.3。制得6吨重量的电渣锭，对制得的电渣锭进行性能检测，结果如下表1所示，未重熔前自耗电极中Al的含量为2%，Ti的含量为2.1%，由表1可以看出获得的电渣钢锭Al的收得率为94%，偏差在5%以内，Ti的收得率为98%，偏差在9%以内，钢锭头部、中部、尾部Al、Ti分布均匀。

表1 重熔后钢锭中Al、Ti质量含量分布（%）

实施例2 GH35合金电渣重熔

以GH35合金作为自耗电极，自耗电极坯尺寸为∮490mm，结晶器尺寸为∮650mm。

选用如下重量份组分的重熔精炼渣：CaF₂>2O₃>2 8份和MgO>2、Al₂O₃、CaO、TiO₂和MgO中SiO₂的质量含量均≤1.0%。

采用如下方法对GH35合金进行电渣重熔，包括如下步骤：

1）将上述重熔精炼渣于650℃下保温烘烤13小时，

2）以上述GH35合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，将脱氧剂和步骤1）烘烤好的重熔精炼渣，加入到专门化渣炉内熔化，熔渣全部熔化完后倒入重熔炉内；其中，所述重熔精炼渣的添加量为260kg（所述自耗电极重量的4.3%）；所述化渣时加入脱氧剂的质量为3900g，所述脱氧剂为钛铁粉和铝粉，所述钛铁粉加入质量为1463g，铝粉的加入质量为2427g；

3）步骤2）熔渣全部熔化完倒入重熔炉内后，调节电压65V，电流10500A，在惰性气体氩气保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.9:1000，所述钛铁粉和铝粉加入的总量为5400g。所述氩气的流速控制为20 L/min，冶炼过程中所述钛粉和铝粉按照11g/min的速度进行添加。

自耗电极GH35合金钢标准[Al]%：2.1～2.5、[Ti]%：2.0～2.8。制得6吨重量的电渣锭，对制得的电渣锭进行性能检测，结果如下表2所示，未重熔前自耗电极中Al的质量含量为2.50%，Ti的质量含量为2.30%，由表2可以看出获得的电渣钢锭Al的收得率为94%，偏差在5%以内，Ti的收得率为98%，偏差在8%以内，钢锭头部、中部、尾部Al、Ti分布均匀。

表2 GH35合金重熔后Al、Ti质量含量分布（%）

实施例3 GH500合金电渣重熔

以GH500合金作为自耗电极，自耗电极坯尺寸为∮525mm，结晶器尺寸为∮700mm。

选用如下重量份组分的重熔精炼渣：CaF₂>2O₃>2>2、Al₂O₃、CaO、TiO₂和MgO中SiO₂的质量含量均≤1.0%。

采用如下方法对GH500合金进行电渣重熔，包括如下步骤：

1）将上述重熔精炼渣于700℃下保温烘烤11小时，

2）以上述GH500合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉。将脱氧剂和步骤1）烘烤好的重熔精炼渣，加入到专门化渣炉内熔化，熔渣全部熔化完后倒入重熔炉内；其中，所述重熔精炼渣的添加量为300kg（所述自耗电极重量的5%）；所述化渣时加入脱氧剂的质量为4500g，所述脱氧剂为钛铁粉和铝粉，所述钛铁粉加入质量为1687g，铝粉的加入质量为2813g；

3）步骤2）熔渣全部熔化完倒入重熔炉内后，调节电压63V，电流12000A，在惰性气体氩气保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.9:1000，所述钛铁粉和铝粉加入的总量为5400g。所述氩气的流速控制为20 L/min，冶炼过程中所述钛粉和铝粉按照11g/min的速度进行添加。

自耗电极GH500合金钢[Al]%：2.75～3.25、[Ti]%：2.75～3.25。制得6吨重量的电渣锭，对制得的电渣锭进行性能检测，结果如下表3所示，未重熔前自耗电极中Al的质量含量为3.0%，Ti的质量含量为2.95%，由表3可以看出获得的电渣钢锭Al的收得率为97%，偏差在4%以内，Ti的收得率为98%，偏差在6%以内，钢锭头部、中部、尾部Al、Ti分布均匀。

表3 GH500合金重熔后Al、Ti质量含量分布（%）

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。