CN1035486C - 一种防止增氢的电渣技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于电渣冶金的工艺技术，适用于电渣重熔、电渣浇铸和电渣熔铸等过程。本发明通过控制熔渣中的氢和炉气中的含湿量以系统防止电渣过程通常发生的增氢，从而保证获得与原始材料的氢含量保持一致(≤2ppm)甚至更低的电渣金属。本发明对渣系无特殊要求，渣料可以不烘烤直接使用。实施本发明不受季节和天气变化的影响，均能可靠保证电渣金属中的氢≤2ppm，而且有效地消除了电渣过程初期通常存在的氢的峰值。

Description

一种防止增氢的电渣技术

本发明属于电渣冶金的工艺技术，适用于电渣重熔、电渣浇铸和电渣熔铸等过程。该技术根据电渣过程氢在气/渣/钢三相间的行为，通过控制熔渣和炉气以防止电渣过程通常发生的增氢，从而保证获得与原始材料的氢含量保持一致(比如≤2ppm)甚至更低的电渣金属。

电渣技术是最近三十年才发展起来的新型特种熔炼技术。它把熔炼、铸锭及成型合而为一，不但精炼净化效果强烈，凝固冷却条件优越，而且创造了将其紧密结合的良好条件，是当今生产高纯净度、高均匀性、耐高温高压和高速、抗冲击疲劳和中子辐照等质量要求严格的金属材料的主要方法。此外，由于它工艺自由度大，灵活性强，便于制取各种各样的坯子和异型件。但由于在大气下进行，电渣重熔、电渣浇铸和电渣熔铸等电渣过程都容易增氢，有时甚至超过10ppm。氢是金属材料中极为有害的气体，会产生白点以致氢脆出废品，一般要求不超过3ppm。对于大截面的金属制件，如汽轮发电机转子和轧辊等，则不允许超过2ppm的氢；当氢含量达到5～6ppm时，就得进行2000～3000小时甚至更长时间的扩氢退火处理。这不但要占用热处理炉数月之久，造成生产周期长，还要耗油数百吨，耗资数十万元，很不经济。

经专利文献检索，查阅到两个涉及电渣重熔防止增氢的日本专利：昭52-114503和昭54-39323。前者将传统的渣料氧化钙(即石灰)改为混合渣。混合渣含CaO、CaF₂以及AI₂O₃、MgO至少一种，混合渣经20℃，湿度80％的恒温恒湿箱中放置5天后，再经1000℃焙烧，对灼热减量和降低钢中含氢量，有显著效果。后者改用以CaO-AI₂O₃为基的低氟渣，旨在解决含氟有毒烟气的公害问题，同时，加入一定量的SiO₂和MgO，以降低熔渣的透气性，抑制重熔增氢。昭52-114503只着眼于防止渣料吸潮，它只对降低原始渣料和初期渣的氢含量有一定作用，而不能防止电渣过程中发生的增氢。对于渣料的配制，混合渣料须经两道预处理，这不但需增加设备，同时要额外消耗大量能源，而且在使用时的启动化渣过程中还可能增氢。昭54-39323通过单独加入或共同加入约5％的SiO₂、MgO于渣中来抑制电渣过程中发生的增氢，其主要原因在于降低了炉渣的碱度。它的缺点正如昭54-39323所说，添加过量会恶化钢锭表面成形和工艺操作性能，因此，规定添加总量为10％以下，这样，抑制增氢就有一定的局限性。总而言之，这两个专利只局限于炉渣的一定程度的改进，而没有从电渣过程的三相反应上系统解决防止增氢的问题，特别是没有涉及消除电渣过程氢的主要来源——炉气中的水气。

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种全面防止增氢的电渣技术，以达到电渣金属中的氢含量与母材保持一致(比如≤2ppm)，甚至低于母材中的氢含量，而与天气和季节变化无关。

本发明的特征如下：渣料为萤石、刚玉砂和石灰石，也可另加镁砂、石英砂至少一种，其配比可为AI₂O₃和CaO各10～30％，SiO₂≤15％，MgO≤5％；CaF₂余量(按重量计)。对于渣系没有严格要求，三元系、四元系、五元系皆可，也可采用刷的其他渣系，如低氟渣系等。渣料入炉前可经烘烤也可不烘烤，只是不烘烤直接使用的冷渣料要注意不得严重受潮，以免造渣时会发生放炮冲渣不安全，造渣在炉内进行，造渣时间应尽可能短，只要满足渣温达到要求即可(比如1650℃)。造渣过程中即向炉内通入低湿度空气，使炉气湿度≤4g/m³，直至电渣过程结束。低湿度空气可以通过任意一种干燥除湿设备获得。在电渣过程中，坚持炉渣定氢，使炉渣中的氢含量始终保持在14ppm以下，越低越好。如果渣中氢含量较高，可增大通入炉内的低湿度空气流量，单位面积流量的调节范围为10～15m³/min·m²。电渣过程中，也可从金属熔池中取样直接测知所熔炼的电渣金属中的氢含量，但一般取样都较困难，而且往往容易污染熔池钢液，因此取样要特别当心。

附图为实施例2的17根电渣锭在重熔过程中渣池和金属熔池中氢含量的变化情况图。图中纵座标为氢含量，横座标为重熔时间％，图1为渣池中的氢含量，图2为金属熔池中的氢含量，0为1号钢锭，●为2号钢锭，

为3号钢锭，■为4号钢锭，△为5号钢锭，▲为6号钢锭，

为7号钢锭，

为8号钢锭，

为9号钢锭；

为10号钢锭， 为11号钢锭，

为12号钢锭，为13号钢锭，为14号钢锭，

为15号钢锭， 为16号钢锭，

为17号钢锭。

下面通过一些实施例来进一步介绍本发明。

实施例1：在直径850mm结晶器中熔炼4吨电渣锭(16MND5)的渣料为萤石、刚玉砂、石灰石和石英砂，共450Kg，其配比为CaF₂43％，AI₂O₃20％，CaO24％，SiO₂13％(按重量计)。未烘烤，冷渣料入炉造渣，造渣时间25min，渣温1682℃，渣料化清时渣中氢含量为12.8ppm。炉内通入的低湿度空气流量为10m³/min·m²，炉气湿度为4g/m³。熔炼过程中，同时取渣和钢的氢样，渣池中的氢含量为11.8～7.5ppm，钢水中的氢含量为1.7～1.5ppm(电极氢为2ppm)。

实施例2：在世界上最大的200吨电渣炉中应用实施本发明熔炼的10多根大型电渣锭的锭重为90～180吨不等，钢种有：26C_r2Ni₄MoV、30C_rMoIV、21/4C_r--IMo、20MnMoNi55、30C_r2Ni₄MoV等。所用的渣料为萤石、刚玉砂、石灰石、镁砂和石英砂，其配比为：CaF₂37～62％，AI₂O₃，17～26％，CaO10～24％，M₉O3～5％，SiO₂1～13％(按重量计)。渣量为4.2～4.8吨/炉，平均为4.5吨/炉。渣料经烘烤干燥，炉内造渣启动，造渣时间为100～135min/炉，平均造渣时间为120min/炉，渣温为1630～1670℃。通入炉内的低湿度空气流量为12～15³/min·m²，炉气湿度为1.6～4.0g/m³。重熔过程中，同时取渣和钢的氢样，渣池中的氢含量一般不超过10ppm，熔池中的氢含理则低于2ppm(电极中的氢含量为1.8～2.2ppm)，系统分析结果如附图所示。用这些低氢电渣锭生产的大锻件，有的直径将近2m，均无扩氢退火时间，均未发现白点缺陷，全部合格，无一废品。

本发明具有如下效果：

1、大量分析研究结果表明，电渣过程中渣池与金属熔池的氢含量之比为一常数。200吨电渣炉的生产实践发现，在保证渣池中氢14ppm以下的情况下，若电极氢≤2ppm，则重熔金属中的氢决不会超过2ppm；当电极氢＞2ppm时，重熔金属中的氢还会比电极中的氢有所降低。因此，本发明根据氢在气/渣/钢三相反应中的行为通过控制渣池中的氢和炉气中的含湿量来系统防止电渣过程通常发生的增氢。这就消除了氢的来源堵塞了增氢的渠道，使全过程都能可靠防止增氢，特别是能有效地消除电渣过程初期在底部通常存在的氢的峰值而使全过程的氢都保持与原始母材一致，甚至低于原始氢。

2、无论是夏季还是冬季，无论是晴天还是雨天，本发明都能可靠防止增氢。也就是说，实施本发明防止电渣过程的增氢不受季节和天气变化的影响。

3、在电渣技术领域，传统观念认为在启动造渣过程中有一个精炼期可以使熔渣去氢。因此，传统工艺通常有一个熔渣精炼期，总要把造渣时间放长些。本发明破除传统，造渣时间希望尽可能短，以致4.5吨渣料的造渣时间仅为两小时。这就既节约了能源，又提高了生产率。

4、本发明对渣系没有特殊要求，而且可以使用冷渣料，简单易行，可节省烘烤渣料的能源和设备。

5、本发明所使用的渣料和渣系对电渣金属的质量没有不良影响。

Claims (6)

1.一种防止增氢的电渣技术，其特征是在加入渣料和炉内起动的情况下，以单位面积流量10-15M³/min M³向炉内通入低湿度空气，使炉气湿度≤4g/m²，通过调节炉气湿度使渣中的氢含量≤14ppm，直至电渣重熔过程结束。

2.权利要求1所说的防止增氢的电渣技术，其特征是所用的电渣料为萤石，刚玉砂和石灰石。

3.权利要求2所说的防止增氢的电渣技术，其特征是在所说的渣料中另加镁砂、石英砂的至少一种。

4.权种要求2或3所说的防止增氢的电渣技术，其特征是渣料的配比为按重量计Al₂O₃和CaO各10-30％，SiO₂≤15％，MgO≤5％，CaF₂余量。

5.权利要求1所说的防止增氢的电渣技术，其特征是所说的渣料在入炉前不经过烘烤。

6.权利要求1所说的防止增氢的电渣技术，其特征是所说的渣料要入炉前经过烘烤。

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