CN101469370B - 大型高纯12Cr%类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法 - Google Patents
大型高纯12Cr%类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，具体步骤如下：第一步，准备：将压力为0.50～0.55MPa的氮气通入结晶器；第二步，精炼熔铸：调节结晶器内的氮气压力，使氮气压力为0.45～0.5MPa进行造渣；待渣料全部熔化后吊出石墨电极，调节氮气压力，使氮气压力为0.40～0.50MPa，换上自耗电极重熔；第三步，脱锭。本发明利用在电渣重熔过程中向结晶器内充入大量的干燥氮气，置换掉结晶器内的空气，使结晶器内的氮气压力保持正压，从而同样达到降低或去除电渣重熔过程炉内气体中氧含量的效果。具有投资小、使用成本低、容易实现的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢锭的制造方法，具体涉及一种大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法。
背景技术
钢材中当硅含量≤0.15％，铝含量≤0.015％即称作低硅低铝钢。当前百万千瓦级的超临界火力发电机组的汽轮机转子材料需采用高纯净度的12Cr％类低硅低铝钢，此类钢的化学成分中硅含量低(Si≤0.14％)，铝含量也低(Al≤0.010％)。此类钢的特点是纯净度要求高，化学成分范围窄，机械性能指标高。
采用电渣重熔法所制造出的电渣重熔钢锭具有化学成分均匀，材质致密，纯净度高的优点，因此，目前生产12Cr％类低硅低铝钢也采用电渣重熔法。
常用的电渣重熔法是在大气中进行。但是用电渣重熔法生产12Cr％类低硅低铝钢时，要求硅和铝的含量很低，所以在重熔过程中作为脱氧剂硅钙的加入量受到严格的限制，更不能加入铝。但是由于大气中存在氧，所以钢种的氧含量难以控制，势必导致氧化夹杂物增加，污染钢锭的纯净度。因此采用常用的电渣重熔法，很难生产出能够满足上述指标的低硅低铝的电渣重熔钢锭。
所以，降低或去除电渣重熔过程炉内气体中的氧含量是当前可行的解决途径。目前国外有采用真空电渣重熔的办法来生产低硅低铝的电渣重熔钢锭，也就是把整个电渣重熔炉封闭起来抽成真空，在真空保护下电渣重熔。但是对于40吨以上的大型电渣钢锭，真空电渣重熔不仅投资巨大，而且技术上实现也有相当的难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，使用该方法能够制造出用于超超临界汽轮机高压转子的重量为40吨以上的大型高纯净度12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭。
为解决上述技术问题，本发明大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法的技术解决方案为：
采用氮气保护电渣重熔法制造用于超超临界汽轮机高压转子的重量为40吨以上的大型高纯净度12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭，具体步骤如下：
第一步，准备：
a、采用单相双极串联电渣重熔炉或三相双极串联电渣重熔炉；采用铜壁水冷结晶器和水冷底板；
b、冶炼自耗电极，使自耗电极的成分满足下表的要求：
| 元素 | 成分控制范围(％) |
| C | 0.11-0.13 |
| Cr | 10.2-10.8 |
| Ni | 0.70-0.80 |
| Mo | 1.00-1.10 |
| Si | ≤0.12 |
| Mn | 0.40-0.50 |
| S | ≤0.005 |
| P | ≤0.012 |
| Cu | ≤0.14 |
| Al | ≤0.010 |
| N | 0.045-0.060 |
| V | 0.15-0.25 |
| Nb | 0.04-0.06 |
| W | 0.95-1.05 |
c、将单支长2500±10mm的自耗电极进行装配，每二支自耗电极配成一对；
d、配比渣料：采用萤石∶白刚玉＝1.5～4的比例配成渣料；
e、脱氧：采用SiCa粉进行脱氧；SiCa粉的加入量为每五分钟加入50～500克；
f、通氮气：将压力为0.50～0.55MPa的氮气通入结晶器；
第二步，精炼熔铸：
a、造渣；调节结晶器内的氮气压力，使氮气压力为0.45～0.5MPa；将部分配比好的渣料加入结晶器底部，用石墨电极在结晶器里通电引弧；
b、化渣；逐渐把渣料全部加入结晶器内，直至渣料全部熔化；
c、重熔；待渣料全部熔化后吊出石墨电极，调节结晶器内的氮气压力，使氮气压力为0.40～0.50MPa，换上自耗电极重熔；待熔化到距自耗电极顶端50±5mm时吊出，换另一对自耗电极继续重熔，当重熔到电渣锭的实际重量比预定重量少2吨时，降低电功率转入末期补缩操作；
电渣重熔期间的电规范操作如下表所示：
| 工序 | 电压(V) | 电流(kA) | |
| 造渣 | 95～122 | 0～20 | |
| 化渣 | 95～122 | 4～35 | |
| 重熔 | 换自耗电极后20分钟内 | 90～120 | 20～35 |
| 换自耗电极20分钟后 | 95～126 | 20～34 | |
| 补缩期 | 93～75 | 10～18 | |
电渣重熔期间控制结晶器和水冷底板的出水温度不大于50℃；
第三步，脱锭；电渣重熔结束后6小时后脱锭，脱锭后清理掉电渣锭表面的渣皮。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明采用氮气保护电渣重熔法制造用于超超临界汽轮机高压转子的重量为40吨以上的大型高纯净度12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭，所制造的电渣锭的化学成分能够满足下表的要求。
| 元素 | 成分控制范围(％) |
| C | 0.11-0.13 |
| Cr | 10.2-10.8 |
| Ni | 0.70-0.80 |
| Mo | 1.00-1.10 |
| Si | ≤0.12 |
| Mn | 0.40-0.50 |
| S | ≤0.005 |
| P | ≤0.012 |
| Cu | ≤0.14 |
| Al | ≤0.010 |
| Cu | ≤0.14 |
| N | 0.045-0.060 |
| V | 0.15-0.25 |
| Nb | 0.04-0.06 |
| W | 0.95-1.05 |
本发明利用在电渣重熔过程中向结晶器内充入大量的干燥氮气，置换掉结晶器内的空气，使结晶器内的氮气压力保持正压，从而同样达到降低或去除电渣重熔过程炉内气体中氧含量的效果。具有投资小、使用成本低、容易实现的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是用本发明制造大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的装置结构示意图。
图中，1自耗电极，2结晶器，3渣料，4电渣锭，5水冷底板。
具体实施方式
本发明大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，采用氮气保护电渣重熔法制造用于超超临界汽轮机高压转子的大型高纯净度12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭，具体步骤如下：
1、电渣重熔准备
1.1、采用单相双极串联电渣重熔炉或三相双极串联电渣重熔炉。
1.2、采用铜壁水冷结晶器2，结晶器2的规格为Ф1760/Ф1720×3700，即上底直径为1760mm，下底直径为1720mm，高度为3700mm。结晶器2底部设有水冷底板5，如图1所示。
1.3、冶炼自耗电极1；
自耗电极1采用电弧炉+真空精炼炉方式制成，即由电弧炉熔炼热钢水，经脱硫、脱磷及合金化后倒入吹氧脱碳真空精炼炉，进行脱碳、脱氧、脱硫、脱磷和还原，成分微调到电渣重熔用自耗电极1的成分要求后，浇铸成用作自耗电极1的钢锭。自耗电极1的成分应满足表1的要求。
| 元素 | 成分控制范围(％) |
| C | 0.11-0.13 |
| Cr | 10.2-10.8 |
| 元素 | 成分控制范围(％) |
| Ni | 0.70-0.80 |
| Mo | 1.00-1.10 |
| Si | ≤0.12 |
| Mn | 0.40-0.50 |
| S | ≤0.005 |
| P | ≤0.012 |
| Cu | ≤0.14 |
| Al | ≤0.010 |
| N | 0.045-0.060 |
| V | 0.15-0.25 |
| Nb | 0.04-0.06 |
| W | 0.95-1.05 |
表1
浇铸成的自耗电极1尺寸为直径850mm，长度2500±10mm，自耗电极1的横截面最好为半圆形。
1.4、自耗电极1经化学成分复验和表面质量检查无误后进行装配，每二支自耗电极1配成一对，配对的二支自耗电极1的长度偏差不大于10mm。
1.5、配对好的自耗电极1在使用前用煤气烘烤4小时以上，烘烤温度不低于700℃。
1.6、配比渣料3：采用萤石∶白刚玉＝1.5～4的比例配成渣料3；例如，采用萤石950kg，白刚玉350kg配成渣料3。
1.7、脱氧方式：采用SiCa粉进行脱氧。SiCa粉的加入量为每五分钟加入50～500克；严格控制SiCa加入量，禁止加Al。
1.8、氮气准备：制氮机生产的氮气先由氮气囊收集，然后进入氮气压缩机，氮气压缩机将氮气压缩成高压氮气后，通过输送管道将氮气输送到氮气储存罐储存，然后经过减压阀后通入结晶器2内，保持结晶器2内氮气的压力为正压。用这种方法生产的氮气，能够满足电渣重熔法的需要。
结晶器2通电前10分钟以前，将压力为0.50～0.55MPa的氮气通入结晶器2。
2、精炼熔铸；
2.1、造渣。调节结晶器2内的氮气压力，使氮气压力为0.45～0.5MPa；将部分配比好的渣料3加入结晶器2底部，用石墨电极在结晶器2里通电引弧。
2.2、化渣。逐渐把渣料3全部加入结晶器2内，直至渣料3全部熔化。
2.3、重熔。待渣料3全部熔化后吊出石墨电极，调节结晶器2内的氮气压力，使氮气压力为0.40～0.50MPa，换上自耗电极1重熔，如图1所示。待熔化到距自耗电极顶端50±5mm时吊出，换另一对自耗电极1继续重熔，当重熔到电渣锭4的实际重量比预定重量少2吨时降低电功率转入末期补缩操作。
电渣重熔期间的电规范操作见表2：
| 工序 | 电压(V) | 电流(kA) | |
| 造渣 | 95～122 | 0～20 | |
| 化渣 | 95～122 | 4～35 | |
| 重熔 | 换自耗电极后20分钟内 | 90～120 | 20～35 |
| 换自耗电极20分钟后 | 95～126 | 20～34 | |
| 补缩期 | 93～75 | 10～18 | |
表2
通过控制水阀的开度，使电渣重熔期间控制结晶器2和水冷底板5的出水温度不大于50℃。
3、脱锭。电渣重熔结束后6小时后脱锭，脱锭后清理掉电渣锭4表面的渣皮。
采用本发明所制造出的重量为40吨以上的电渣重熔钢锭，可满足表3所示的超超临界汽轮机高压转子锻件用的12Cr％类低硅低铝钢的化学成分的要求。
| 元素 | 成分控制范围(％) |
| C | 0.11-0.13 |
| Cr | 10.2-10.8 |
| Ni | 0.70-0.80 |
| Mo | 1.00-1.10 |
| Si | ≤0.12 |
| Mn | 0.40-0.50 |
| Si | ≤0.12 |
| S | ≤0.005 |
| P | ≤0.012 |
| Cu | ≤0.14 |
| Al | ≤0.010 |
| N | 0.045-0.060 |
| V | 0.15-0.25 |
| Nb | 0.04-0.06 |
| W | 0.95-1.05 |
表3
本发明利用在电渣重熔过程中向结晶器2内充入大量的干燥氮气，置换掉结晶器2内的空气，使结晶器2内的氮气压力保持正压，从而同样达到降低或去除电渣重熔过程炉内气体中氧含量的效果。具有投资小、使用成本低、容易实现的优点。
Claims (6)
1.一种大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，其特征在于，采用氮气保护电渣重熔法制造用于超超临界汽轮机高压转子的重量为40吨以上的大型高纯净度12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭，使钢锭的化学成分中硅含量为Si≤0.12％，铝含量为Al≤0.010％；具体步骤如下：
第一步，准备：
a、采用单相双极串联电渣重熔炉或三相双极串联电渣重熔炉；采用铜壁水冷结晶器和水冷底板；
b、冶炼自耗电极，使自耗电极的成分满足下表的要求：
c、将单支长2500±10mm的自耗电极进行装配，每二支自耗电极配成一对；
d、配比渣料：采用萤石∶白刚玉＝1.5～4的比例配成渣料；
e、脱氧：采用SiCa粉进行脱氧；SiCa粉的加入量为每五分钟加入50～500克；
f、通氮气：将压力为0.50～0.55MPa的氮气通入结晶器；
第二步，精炼熔铸：
a、造渣；调节结晶器内的氮气压力，使氮气压力为0.45～0.5MPa；将部分配比好的渣料加入结晶器底部，用石墨电极在结晶器里通电引弧；
b、化渣；逐渐把渣料全部加入结晶器内，直至渣料全部熔化；
c、重熔；待渣料全部熔化后吊出石墨电极，调节结晶器内的氮气压力，使氮气压力为0.40～0.50MPa，换上自耗电极重熔；待熔化到距自耗电极顶端50±5mm时吊出，换另一对自耗电极继续重熔，当重熔到电渣锭的实际重量比预定重量少2吨时，降低电功率转入末期补缩操作；
电渣重熔期间的电规范操作如下表所示：
电渣重熔期间控制结晶器和水冷底板的出水温度不大于50℃；
第三步，脱锭；电渣重熔结束后6小时后脱锭，脱锭后清理掉电渣锭表面的渣皮。
2.根据权利要求1所述的大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，其特征在于：所述二支自耗电极配对的长度偏差不大于10mm。
3.根据权利要求1所述的大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，其特征在于：所述配对好的自耗电极在使用前用煤气烘烤4小时以上。
4.根据权利要求3所述的大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，其特征在于：所述配对好的自耗电极在使用前的烘烤温度不低于700℃。
5.根据权利要求1所述的大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，其特征在于：所述氮气的制备方法如下：制氮机生产的氮气，先由氮气囊收集，再进入氮气压缩机，氮气压缩机将氮气压缩成高压氮气后，通过输送管道将氮气输送到氮气储存罐储存，最后经过减压阀通入结晶器内，保持结晶器内氮气的压力为正压。
6.根据权利要求1所述的大型高纯12Cr％类低硅低铝电渣重熔钢锭的制造方法，其特征在于：所述氮气在通入结晶器10分钟以上，再开始通电。
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