CN102776379A - 电渣重熔渣系及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电渣重熔渣系及其应用，电渣重熔渣系由以下重量百分含量的物质组成：CaF2 30～35％；CaO 30～35％；Al2O3 25～30％；SiO2 1～4％；MgO 1～5％。上述电渣重熔渣系用于热作模具钢的电渣重熔。本发明电渣重熔渣系通过采用低CaF2重熔渣系，提高重熔过程电热转换效率，降低了热作模具钢电渣重熔电耗；通过渣系组元的合理匹配，使渣系位于共晶区域，解决了电渣重熔渣系高温过程的稳定性问题；通过适度增加MgO和SiO2组元既促进了脆性夹杂物的变性，又使渣中不稳定氧化物SiO2对渣池的传氧得到控制；本渣系所形成的渣皮具有良好的导热能力，明显改善了热作模具钢的凝固质量和各向异性。

Description

电渣重熔渣系及其应用
技术领域
本发明涉及电渣冶金，尤其涉及电渣重熔渣系及其应用。
背景技术
电渣重熔是生产高等级热作模具钢的一种特种熔炼方法。在自耗电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中，钢渣之间发生的一系列物理化学反应，从而去除钢中的非金属夹杂及有害元素。同时电渣重熔过程自上而下的结晶过程可以明显改善铸锭的凝固质量，提高热作模具钢的各向异性。而重熔渣系的特性则是电渣重熔实现上述目的的关键。
目前工模具钢的电渣重熔普遍采用70％CaF2+30％Al2O3二元渣系，该渣系中CaF2组元成分高达70％，电阻率低，因而电流流经渣池转换成热量的效率低，造成热作模具钢电渣重熔吨钢平均电耗达1500kWh/t以上；该渣系的组成不在成分共晶点上，液态熔融渣形成渣皮的过程中，高熔点的Al2O3先析出，造成高温渣池成分的不稳定，影响重熔过程的稳定性，同时由于渣皮中的Al2O3含量较高，传热系数低，影响了熔池的散热，对热作模具钢的凝固质量产生不利的影响；由于该渣系仅含CaF2和Al2O3两种组元，因此对自耗电极中脆性夹杂物Al2O3的吸附能力较差，而Al2O3又是一种具有酸碱两重性的组元，因此该渣系的脱硫能力也比较差。
根据电渣重熔熔渣-金属之间的脱硫反应：
[S]+(O2-)＝(S2-)+[O]
平衡常数：K＝(a(S2-)*a[O])/(a[S]*a(O2-))
由上式可知，提高重熔渣系的碱度可以提高脱硫率。
专利检索表明共有2种与本发明组元相同、组元含量不同的专利，申请号为201010221000的专利是一种用于电渣液态浇注的五元电渣重熔渣系，其权利要求为CaF2：35-45％，Al2O3：20-30％，CaO：15-25％，SiO2：7-13％，MgO：2-8％，该渣系在传统的40％CaF2-30％CaO-30％Al2O3三元渣系基础上，添加了较多量的SiO2，形成所谓的长渣渣系，有助于改善大型电渣锭的表面质量，但SiO2是一种不稳定氧化物，在缓慢的电渣重熔过程中会发生渣池向熔池的传氧，对控制热作模具钢中的O含量不利。申请号为200810041982的专利主要目的是防止冷轧辊增氢，其权利要求为CaF2：45-50％，CaO：10-15％，Al2O3：30-35％，SiO2：5-10％，MgO：5-10％。该渣系采用MgO代替部分CaO，并添加5-10％的SiO2，氢的渗透率低仅为0.98×10-6mol·cm-1·min-1。但与此同时该渣系的碱度CaO/SiO2仅在1-3左右，脱硫能力弱，而且5-10％的SiO2含量在使Al2O3夹杂物变性的同时，也过多地增加了渣池向熔池的传氧量。
因此，传统的70％CaF2+30％Al2O3二元渣系和申请号为200810041982、201010221000的电渣重熔渣系在降低电耗、脱硫率、改善各向异性和降低热作模具钢的氧含量等方面存在一定的不足，不适合作为高等级优质热作模具钢的电渣重熔渣系。
热作模具钢是一类应用广泛的钢种，由于热作模具钢需与温度较高的金属接触，因此要求它具有高温强度、耐磨性和韧性、抗热疲劳及耐氧化性能，同时也需要高的淬透性和较小的变形。为了满足上述要求，热作模具钢对冶金质量有如下的要求：(1)钢材成分均匀，组织均匀，硬度均匀；(2)钢材纯净，要求钢中有害元素(S等)、气体(O、H)及非金属夹杂物含量低；(3)钢致密，无气孔、疏松、偏析等低倍缺陷；(4)钢材各向异性，横向机械性能高。同时为了降低热作模具钢的生产成本，还要求其生产成本较低。
发明内容
本发明的目的，就是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种电渣重熔渣系及其应用，以实现热作模具钢电渣重熔的低电耗、高纯净度与良好的凝固质量。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电渣重熔渣系，由以下重量百分含量的物质组成：
CaF2  30～35％；
CaO   30～35％；
Al2O3 25～30％；
SiO2  1～4％；
MgO   1～5％。
上述电渣重熔渣系的应用，是用于热作模具钢的电渣重熔。
所述电渣重熔渣系在使用前进行烘烤，烘烤温度高于650℃，烘烤时间不低于4h。
本发明电渣重熔渣系，通过采用低CaF2重熔渣系，提高重熔过程电热转换效率，降低了热作模具钢电渣重熔电耗；通过渣系组元的合理匹配，使渣系位于共晶区域，解决了电渣重熔渣系高温过程的稳定性问题；通过适度增加MgO和SiO2组元既促进了脆性夹杂物的变性，又使渣中不稳定氧化物SiO2对渣池的传氧得到控制；本渣系所形成的渣皮具有良好的导热能力，明显改善了热作模具钢的凝固质量和各向异性。
具体实施方式
实施例1
实验渣系见表1
表1渣系组分
Figure BDA0000061113810000031
采用上述渣系进行热作模具钢H13的电渣重熔，重熔所用自耗电极生产工艺为500kg真空感应炉浇铸成直径200mm的自耗电极，所生产的电渣锭直径258mm。渣系原料选用工业用料，渣料经过预熔后，破碎成粒状，使用前经650℃烘烤，采用固渣气弧方式进行电渣重熔，稳态时的炉口电压为30V，稳态时的重熔电流7000A。重熔吨钢平均电耗1085kWh/t，重熔锭表面光滑，渣皮厚度0.5mm。铸锭中O、S含量如表2所示，铸锭头尾部试样夹杂物评级结果如表3所示。对电渣锭纵截面低倍腐蚀表明钢液凝固方向呈斜45°角，各向异性好。
表2试验前后O、S的含量变化
  成分   电渣前(ppm)   电渣后(ppm)   脱除率(％)
  O   35   14   40％
  S   15   ＜5   67％
表3试验锭试样夹杂物评级水平
  类别   A粗   A系   B粗   B细   C粗   C细   D粗   D细
  三七渣   0.5   0.5   1.0   0.5   0   0   0.5   0.5
  BT-N1   0   0   0   0.5   0   0   0   0
实施例2
实验渣系见表4
表4渣系组分
Figure BDA0000061113810000041
采用上述渣系进行热作模具钢H13的电渣重熔，重熔所用自耗电极生产工艺为电弧炉-钢包精炼炉-模铸，自耗电极直径422mm，所生产的电渣锭直径520mm。渣系原料选用工业用料，渣料预先破碎后，按照比例配比并混匀，使用前经650℃烘烤，采用液渣气弧方式进行电渣重熔，稳态时的重熔电压60V，稳态时的重熔电流11000A。重熔吨钢平均电耗1230kWh/t，重熔锭表面光滑，渣皮厚度1mm。铸锭中O、S含量如表5所示，铸锭头尾部试样夹杂物评级结果如表6所示。对电渣锭纵截面低倍腐蚀表明钢液凝固方向呈斜45°角，各向异性好。
表5试验前后O、S的含量变化
  成分   电渣前(ppm)   电渣后(ppm)   脱除率(％)
  O   43   20   53.5％
  S   20   ＜5   75％
表6试验锭试样夹杂物评级水平
  类别   A粗   A系   B粗   B细   C粗   C细   D粗   D细
  三七渣   1.0   0.5   1.0   0.5   0   0   0.5   0.5
  BT-N1   0   0   0   0.5   0   0   0   0
实施例3
实验渣系见表7
表7渣系组分
Figure BDA0000061113810000051
采用上述渣系进行热作模具钢H13的电渣重熔，重熔所用自耗电极生产工艺为电弧炉-钢包精炼炉-模铸，自耗电极直径422mm，所生产的电渣锭直径520mm。渣系原料选用工业用料，渣料预先破碎后，按照比例配比并混匀，使用前经650℃烘烤，采用液渣气弧方式进行电渣重熔，稳态时的重熔电压62V，稳态时的重熔电流11500A。重熔吨钢平均电耗1270kWh/t，重熔锭表面光滑，渣皮厚度1mm。铸锭中O、S含量如表8所示，铸锭头尾部试样夹杂物评级结果如表9所示。对电渣锭纵截面低倍腐蚀表明钢液凝固方向呈斜45°角，各向异性好。
表8试验前后O、S的含量变化
  成分   电渣前(ppm)   电渣后(ppm)   脱除率(％)
  O   41   21   48.7％
  S   22   ＜5   ＞77％
表9试验锭试样夹杂物评级水平
  类别   A粗   A系   B粗   B细   C粗   C细   D粗   D细
  三七渣   1.0   0.5   1.0   0.5   0   0   0.5   0.5
  BT-N1   0   0.5   0   0.5   0   0   0   0.5

Claims (3)

1.一种电渣重熔渣系，其特征在于，该电渣重熔渣系由以下重量百分含量的物质组成：
CaF2  30～35％；
CaO  30～35％；
Al2O3  25～30％；
SiO2  1～4％；
MgO  1～5％。
2.如权利要求1所述的电渣重熔渣系的应用，其特征在于，用于热作模具钢的电渣重熔。
3.如权利要求2所述的电渣重熔渣系的应用，其特征在于，所述电渣重熔渣系在使用前进行烘烤，烘烤温度高于650℃，烘烤时间不低于4h。
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