CN102794438A

CN102794438A - 一种电渣重熔的低氢控制方法

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Publication number: CN102794438A
Application number: CN2012102524869A
Authority: CN
Inventors: 向大林; 辜荣如
Original assignee: ZHEJIANG ELECTROSLAG NUCLEAR MATERIAL CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG ELECTROSLAG NUCLEAR MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102794438B

Abstract

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种电渣重熔的低氢控制方法以解决电渣重熔过程钢中氢过量而导致钢材质量不合格以及无法实现大型钢锭生产的问题，本发明电渣重熔所采用渣系的各组分按重量百分比分别为BaO6-10%，CaO11-22%，Al₂O₃20-30%，SiO₂16-22%，余量为BaF₂；电渣重熔过程中所用炉气是湿度为1.9-2.3g/m³的空气；所述电渣在使用前充分干燥。电渣重熔过程的脱氧剂为铝和锰的混合物，铝与锰的质量比为1:0.58-0.75，铝的加入量为每吨电渣0.6-1.2kg，铝和锰的混合物的加入方法为每5-8分钟添加一次，初期每次的添加量为每吨电渣20-30g，0.5小时后每次的添加量为每吨电渣35-50g。本发明通过降低渣系的氢渗透率、控制炉气的含水率以及FeO的含量综合控制达到降低氢含量的目的。

Description

一种电渣重熔的低氢控制方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种电渣重熔的低氢控制方法。

背景技术

重大型装备的高参数、大容量的发展，使得大锻件的尺寸、吨位越来越大，并且锻件质量性能要求越来越高。锻件越大，质量要求越高，同时锻件报废的风险也就越大。钢锭的冶金质量是获得大锻件的基础和先决条件，在大锻件生产中起关键性作用。钢锭的生产通常分为两步，即熔炼和浇铸。而电渣重熔则把熔炼和浇铸两道工序合二为一，在同一个金属模内，两道工序同时进行，同时完成，而且锭模是强制水冷。电渣重熔过程中，金属在渣池中以薄膜形式微量熔化，渣/钢反应接触面大，渣温高，渣池活跃，金属受到熔渣强烈有效的精炼净化。在重熔和铸锭的同时进行过程中，钢水始终不接触耐火材料，不接触空气，免受耐火材料污染和二次氧化。特别是，电渣锭凝固不是通常的自然冷却，而是在强制水冷的很陡的温度梯度条件下进行，具有定向渐进结晶特点。这样，电渣重熔既从内部创造了精炼净化金属的良好条件，又从外部杜绝了夹杂物的来源，尤其是具有对于结晶至关重要的优越的冷却条件，还把熔炼和铸锭两道工序合二为一，始终不接触耐火材料。生产实践证明：

（1）电渣重熔的强烈精炼净化作用和可控快速凝固功能，为解决当今世界大钢锭的“纯净度”和“均匀性”两大冶金质量难题，提供了将两者紧密结合的最佳条件，使电渣锭质地纯净夹杂物少且细小弥散，成分均匀偏析度小，组织致密无疏松缩孔等凝固缺陷，具有优异的冶金质量；

（2）用电渣锭生产大锻件，不但锻压火次少，热处理简化，而且废品率极低。一个大锻件价值数百万乃至数千万元，大锻件通常都是单件生产，废品率的稍微下降就会产生重大的经济效益；

（3）用电渣锭生产大锻件，钢锭利用率高所用钢锭重量小，一个要用600t电炉锭来锻造的锻件，用电渣锭400t就绰绰有余。这种高利用率的材料节省不但产生重大的经济效益，而且厂房基础、车间规模、起重运输和锻压设备容量都大大减小；

（4）设备简单，投资很少，工艺灵活，适应性、可控性强，操作易于掌握，质量可靠性高，经济合理有效。

因此，电渣重熔作为当今世界获得大锻件用优质大型钢锭比较理想的方法，已受到业界前所未有的重视和推崇。但是，由于电渣重熔是在大气条件下进行，即使用低氢含量的电极重熔也难保证电渣锭获得低氢，特别是，当气候潮湿进行重熔生产时，氢的问题更加严重。氢是大锻件中极有害的气体，特别是对于大断面的实心锻件，如转子和轧辊等，要求其中的氢含量不允许超过2×10-6；当氢含量达到（5-7）×10-6时，就得进行3000小时甚至更长时间的扩氢退火处理。这既要占用热处理设备好几个月，还要耗油数百吨，造成生产周期很长，耗资数百万元，这种不经济性严重地影响到电渣钢大锻件的质量、成本和竞争力。

发明内容

本发明的目的是解决目前电渣重熔过程钢中氢过量而导致严重影响大型钢锭生产的问题，提供一种电渣重熔的低氢控制方法，采用本发明的低氢控制方法，可以有效的将含氢量控制在标准范围内，省去现有电渣重熔的后期扩氢退火处理，节省了成本，提高了企业竞争力。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：一种电渣重熔的低氢控制方法，所述电渣重熔所采用的渣系的各组分按重量百分比分别为BaO 6-10%，CaO 11-22%，Al₂O₃ 20-30%，SiO₂ 16-22%，余量为BaF₂；所述电渣重熔过程中所用炉气是湿度为1.9-2.3g/m³的干燥空气。

氢是大锻件中极有害的气体，特别是对于大断面的实心锻件，如转子和轧辊等，要求其中的氢含量不允许超过2×10^-6。电渣重熔过程中，气/渣/钢三相间进行着一系列冶金反应和物质交换。本发明通过气/渣/钢三相系统控制氢的概念，来保持电渣锭中的氢不超过2×10^-6。

电渣重熔过程中，炉气中的水汽和炉渣中的氧离子发生反应以氢氧根离子的形式溶入渣中，使渣池增氢，进而导致金属熔池增氢：

H₂O(g)+(O^2-) → 2(OH-)

2(OH-)+(Fe^2＋) →2[H]+2[O]+[Fe]

本发明首先是通过改变渣系组分，来控制O^2-的浓度，控制H的生成，从而达到降氢的目的，本发明的渣系中，通过添加BaO降低了CaO的浓度，减少CaO的分解造成的O₂的增加，从而达到降低氢含量的目的。

其次，发明人根据20多年的研究发现，在一定的熔炼条件下，渣池和金属熔池之间的氢含量保持着一定的相依关系，使电渣锭金属熔池中的氢始终保持不超过2×10^-6的渣池中的氢有一临界值，即保证电渣锭金属熔池中的氢始终不超过2×10^-6的渣池中氢的最大值。这就是重熔过程中渣中氢的允许值。发明人对多年渣/钢氢含量生产数据进行研究分析发现，渣池与金属熔池的氢含量之比为一常数，且大约为6.5。这就是说，渣池中的氢含量在熔炼全过程必须保证不超过13×10^-6，最高也应在15×10^-6以下，这就为重熔过程中渣池氢含量的控制提出了标准，发明人通过10多年的对比研究和统计分析，终于找到了保持渣池氢不超过13×10^-6的临界值，也就是炉气湿度的最大允许值，这个值为2.3g/m3，当超过这个临界值时，金属熔池中的氢就会超过2×10^-6这一最大允许值，从而导致产品中氢含量过高影响性能，而当炉气湿度过小时，会不利于铁的还原反应，所以以1.9-2.3g/m³的空气湿度进行控制比较合适。

另外，本发明从钢相出发，通过控制FeO的含量为一临界值下，达到低氢的目的。

BaF₂进行脱硫具有良好效果。

作为优选，电渣重熔过程的脱氧剂为铝和锰的混合物，铝与锰的质量比为1：0.58-0.75，铝的加入量为每吨电渣0.6-1.2kg，铝和锰的混合物的加入方法为每5-8分钟添加一次，初期每次的添加量为每吨电渣20-30g，0.5小时后每次的添加量为每吨电渣35-50g。

铝是优良的脱氧剂，锰的脱氧效果虽然较弱，但是却在1：0.58-0.75这个配比范围内能够最大限度地增强铝的脱氧能力，从而提高脱氧效果。铝和锰的混合物通过分批次添加，能够使得脱氧剂达到充分分散，从而与渣系铁矿石充分接触，进而提高利用率。

作为优选，电渣重熔过程中通过脱氧控制FeO含量≤0.4%。FeO含量为0.4%是一个从钢相控制低氢达到标准的临界值，当FeO含量超过这个临界值时，还原反应会反应增加，从而生成更多的H导致金属熔池中的氢含量增加超过标准值，只有在严格控制FeO含量≤0.4%才能确保低氢度。

作为优选，所述电渣在预熔渣过程中的电压为50-80V，电流为5-20A，冶炼时间为1~2h。

作为优选，所述电渣重熔过程中的电压为70-100V，电流为15-32A。

作为优选，所述渣系的各组分在使用前于1000-1100℃下干燥3-5h。干燥能够降低渣系中的水含量。

通过采用上述一种电渣重熔的低氢控制方法的技术方案，使得渣系具备了低氢的渗透性能，并控制炉气的含水率，从而使制备得到的产品的含氢含量较低，为大型钢锭的生产提供了先决条件。

本发明的有益效果是，通过从气/渣/钢三相系统控制氢的含量，使得金属熔池中的氢始终不超过2×10^-6，从而为制备低成本的高规格、高新能的大型钢件提供了基本条件，通过本发明方法生产的产品不用再经过扩氢退火处理，进而节约了成本。

具体实施方式

实施例1

一种电渣重熔的低氢控制方法，电渣重熔所采用的渣系的各组分按重量百分比分别为BaO 6%，CaO 22%，Al₂O₃ 24%，SiO₂ 16%，余量为BaF₂；电渣在使用前在1000℃下充分干燥3h，电渣重熔过程中所用炉气是湿度为1.9g/m³的空气。

在预熔渣过程中的电压为50V，电流为15A，冶炼时间为1.5h，电渣重熔过程中的电压为100V，电流为15A。电渣重熔过程中通过熔渣脱氧控制FeO含量≤0.4%。电渣重熔过程的脱氧剂为铝和锰的混合物，铝与锰的质量比为1:0.58，铝的加入量为每吨电渣0.6kg，铝和锰的混合物的加入方法为每5分钟添加一次，初期每次的添加量为每吨电渣20g，0.5小时后每次的添加量为每吨电渣35g。

实施例2

一种电渣重熔的低氢控制方法，电渣重熔所采用的渣系的各组分按重量百分比分别为BaO 10%，CaO 11%，Al₂O₃ 30%，SiO₂ 18%，余量为BaF₂；电渣在使用前在1100℃下充分干燥5h，电渣重熔过程中所用炉气是湿度为2.3g/m³的空气。

在预熔渣过程中的电压为80V，电流为5A，冶炼时间为1h，电渣重熔过程中的电压为70V，电流为32A。电渣重熔过程中通过熔渣脱氧控制FeO含量≤0.4%。电渣重熔过程的脱氧剂为铝和锰的混合物，铝与锰的质量比为1:0.75，铝的加入量为每吨电渣1kg，铝和锰的混合物的加入方法为每6分钟添加一次，初期每次的添加量为每吨电渣25g，0.5小时后每次的添加量为每吨电渣40g。

实施例3

一种电渣重熔的低氢控制方法，电渣重熔所采用的渣系的各组分按重量百分比分别为BaO 8%，CaO 15%，Al₂O₃ 20%，SiO₂ 22%，余量为BaF₂；电渣在使用前在1050℃下充分干燥4h，电渣重熔过程中所用炉气是湿度为2g/m³的空气。

在预熔渣过程中的电压为60V，电流为20A，冶炼时间为2h，电渣重熔过程中的电压为80V，电流为20A。电渣重熔过程中通过熔渣脱氧控制FeO含量≤0.4%。电渣重熔过程的脱氧剂为铝和锰的混合物，铝与锰的质量比为1:0.66，铝的加入量为每吨电渣1.2kg，铝和锰的混合物的加入方法为每8分钟添加一次，初期每次的添加量为每吨电渣30g，0.5小时后每次的添加量为每吨电渣50g。

经过测定，各实施例的渣系中的氢渗透率均在0.8×10-6mol·cm-1·min-1以下，通过综合控制得到产品中的氢含量分别为0.95×10^-6、0.88×10^-6和1.02×10^-6。

Claims

1. 一种电渣重熔的低氢控制方法，其特征在于，所述电渣重熔所采用渣系的各组分按重量百分比分别为BaO 6-10%，CaO 11-22%，Al₂O₃ 20-30%，SiO₂ 16-22%，余量为BaF₂；所述电渣重熔过程中所用炉气是湿度为1.9-2.3g/m³的干燥空气。

2.根据权利要求1所述的一种电渣重熔的低氢控制方法，其特征在于，电渣重熔过程的脱氧剂为铝和锰的混合物，铝与锰的质量比为1：0.58-0.75，铝的加入量为每吨电渣0.6-1.2kg，铝和锰的混合物的加入方法为每5-8分钟添加一次，初期每次的添加量为每吨电渣20-30g，0.5小时后每次的添加量为每吨电渣35-50g。

3.根据权利要求2所述的一种电渣重熔的低氢控制方法，其特征在于，电渣重熔过程中通过熔渣脱氧控制FeO含量≤0.4%。

4.根据权利要求1或2所述的一种电渣重熔的低氢控制方法，其特征在于，所述电渣在预熔渣过程中的电压为50-80V，电流为5-20A，冶炼时间为1~2h。

5.根据权利要求1或2所述的一种电渣重熔的低氢控制方法，其特征在于，所述电渣重熔过程中的电压为70-100V，电流为15-32A。

6.根据权利要求1或2所述的一种电渣重熔的低氢控制方法，其特征在于，所述渣系的各组分在使用前于1000-1100℃下干燥3-5h。