CN104141051A - 一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种合金精炼技术领域，尤其涉及一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系，所述渣系的组成和重量百分比为：CaF₂60%～65%，Al₂O₃15%～20%，CaO13%～15%，SiO₂6%～10%；所述渣系熔点为1100～1150℃，1600℃的粘度为0.04～0.07Pa·s，1600℃时渣阻0.27～0.3Ω·cm。采用上述渣系生产的镍基合金抽锭电渣重熔板坯表面质量良好，没有明显重皮、夹渣等缺陷。根据GB/T1979-2001标准对板坯内部质量进行检测，未发现疏松、偏析、白亮带、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂纹、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣、异金属夹杂物等缺陷，钢锭内部质量良好。

Description

一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系

技术领域

本发明属于特种合金精炼技术领域，尤其涉及一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系。

背景技术

电渣重熔是将自耗电极插入水冷结晶器的渣池中，渣池逐渐将其加热熔化，形成金属熔滴，然后金属熔滴穿过渣池进入金属熔池，金属熔池在水冷条件下逐渐凝固形成铸锭。电渣重熔工艺技术主要分为：固定式电渣重熔工艺和抽锭式电渣重熔工艺。

固定式电渣重熔工艺是整个冶炼过程在封闭的结晶器内进行，铸锭由下而上顺序凝固，不存在漏钢、漏渣的问题，采用CaF₂、Al₂O₃ 二元渣系或CaF₂、Al₂O₃、CaO三元渣系。

抽锭电渣重熔工艺是自耗电极一边熔化形成金属熔池，金属熔池一边凝固被连续地拉出结晶器，结晶器与铸锭做相对移动，会出现漏钢、漏渣问题，不容易获得良好的表面质量。为了改善钢锭的表面质量，抽锭电渣重熔渣系采用CaF₂、CaO、Al₂O₃、MgO、SiO₂五元渣系，加入少量的SiO₂是为了降低渣系的熔点，渣中硅氧阴离子聚合程度大，结晶能力差，即使冷却到液相线温度以下仍能保持过冷液体的状态，渣皮塑性强，不容易破裂。渣中加入MgO，使固态渣中高硬度矿相增多，使固态渣的高温强度提高，提高渣皮在抽锭过程中的抗拉破能力。

文献“电渣重熔用新渣系的开发研究”公布了一种生产Q235钢抽锭电渣重熔用渣系，渣系各组元质量百分比为：CaF₂ 30%，CaO 30%，Al₂O₃ 35%，SiO₂ 5%； 文献“抽锭式结晶器板坯电渣炉漏钢原因探讨”采用抽锭电渣重熔技术生产低合金钢，其采用的渣系各组元的质量百分比为CaF₂ 30%～50%，Al₂O₃ 20%～35%，CaO 15%～25%，MgO 3%～8%，SiO₂  6%～15%。

发明内容

本发明在抽锭电渣重熔技术的基础上，提供一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系，避免镍基合金板坯抽锭电渣重熔过程中出现的内部夹渣、表面漏钢、漏渣等问题，生产出厚度小于200 mm，宽度大于1250mm，重量大于6吨的镍基合金板坯，该电渣重熔板坯可直接进入炉卷轧机热轧成卷，节省中间的锻造开坯工序，缩短耐蚀合金板、带、箔材的生产流程，降低生产成本，降低能耗降低。

本发明的渣系适用于UNS N06625、UNS N06600、UNS N06690等镍基合金，本发明涉及的镍基合金的熔点为1290～1350℃，抽锭电渣渣系的熔点必须低于镍基合金的熔点，过热的金属熔池在结晶器内上升过程中，将结晶器四周的固态渣皮重新熔化，形成薄而均匀的渣皮，液态金属在渣皮的包裹下凝固，获得光滑的钢锭表面；本发明涉及的镍基合金中的合金元素的含量重量百分比之和超过90%，其中UNS N06625镍基合金的成分范围为：C≤0.1%，Si≤0.5%，Mn≤1.0%，S≤0.015%，P≤0.015%，Cr20%～23%，Ni≥58%，Mo8%～10%，Nb3.15%～4.15%，Al≤0.4%，Ti≤0.4%，Fe≤5.0%；UNS N06600镍基合金的成分范围为：C≤0.15%，Si≤0.5%，Mn≤1.0%，S≤0.015%，Cr14%～17%，Ni≥72%，Fe6%～10%；UNS N06690镍基合金的成分范围为：C≤0.05%，Si≤0.5%，Mn≤0.5%，S≤0.015%，Cr27%～31%，Ni≥58%，Fe7%～11%，钢的合金含量越高，液态钢液的粘度值越高，流动性越差，该镍基合金在1600℃时粘度为0.007~0.008Pa·s，远高于低合金钢在1600℃时粘度0.002~0.003Pa·s。

针对本发明涉及的镍基合金特点，本发明的渣系由CaF₂、Al₂O₃、CaO、SiO₂组成，不加入MgO，MgO会使渣系的高温粘度剧增，MgO每增加1%，熔渣粘度上升约0.02Pa·s，容易在镍基合金板坯抽锭电渣重熔过程中形成夹渣；CaF₂能降低渣的熔点、粘度和表面张力， Al₂O₃能提高渣系渣阻，增加渣系粘度值，CaO能提高熔渣碱度，提高脱硫效果，SiO₂可以降低渣的熔点，生成发生塑性变形的矿物、非晶质矿物，提高渣皮的塑性变形能力，防止渣皮拉破。本发明提出的镍基合金抽锭电渣重熔渣系如下：

首先，渣系必须具有合适的渣阻，渣系中的Al₂O₃含量控制在15%～20%，使该渣系1600℃时渣阻约0.27～0.3Ω·cm，渣阻比较合适，能够产生足够的热量，保证金属熔化；当渣系中Al₂O₃含量低于15%时，渣系1600℃时渣阻≤0.2Ω·cm，不能有效提高电渣重熔电效率，当渣系中Al₂O₃含量高于20%时，可以有效提高渣阻，更经济的利用电能，但是，会使电渣重熔的速度增加，金属熔池加深，镍基合金板坯中心出现疏松或缩孔，因此，镍基合金板坯电渣重熔渣系的Al₂O₃含量不能高于20%。

第二，CaF₂在高温下会发生水解反应，生成2%～5%的CaO，因此，CaO含量选择在13%～15%，与Al₂O₃形成低熔点的复合化合物，降低渣系的熔点。

第三，在所设计渣系CaO、Al₂O₃含量不变的情况下，加入CaF₂是为了调整渣系的高温粘度，当CaF₂含量高于65%时，1600℃时熔渣粘度小于0.04Pa·s，具有非常好的流动性，在抽锭过程中会出现漏渣、漏钢现象，当CaF₂含量低于60%时，1600℃时熔渣高温粘度高于0.07Pa·s，流动性变差，流动性不好的镍基合金熔液与流动性不好的液态渣难以分离，会出现夹渣。因此，镍基合金板坯电渣重熔渣系的CaF₂含量选择在60%～65%。

最后，渣系中必须加入SiO₂，生成易发生塑性变形的矿物、非晶质矿物，提高渣皮的塑性，防止抽锭过程中渣皮拉破。抽锭电渣重熔渣系中至少应加入6%的SiO₂，才能形成足够的塑性变形矿物和非晶质矿物，提高渣皮的塑性，加入的SiO₂量越多，越有利于抽锭电渣重熔，但是，SiO₂含量超过10%后，会使镍基合金中的Si增加，影响镍基合金的抗氧化性酸介质的腐蚀性能，抗晶间腐蚀性能。因此，镍基合金板坯电渣重熔渣系的SiO₂含量选择在6%～10%。

综上所述，本发明提供了一种用于镍基合金板坯抽锭电渣重熔的四元渣系，所述四元渣系的组成和重量百分比为：CaF₂60%～65%，Al₂O₃15%～20%，CaO13%～15%，SiO₂6%～10%。该渣系熔点为1100～1150℃，低于镍基合金的熔点为1290～1350℃，有利于形成薄而均匀的渣皮，获得良好的表面质量。抽锭电渣重熔低合金钢渣系1600℃的粘度为0.1～0.12Pa·s，而该渣系1600℃的粘度为0.04～0.07Pa·s， 流动性较好，适合镍基合金板坯抽锭电渣重熔。1600℃时渣阻0.27～0.3Ω·cm，能够保证电渣重熔进行。本发明渣系的熔点、粘度、渣阻与镍基合金板坯抽锭电渣重熔是匹配的。

本发明的内容中，所述四元渣系的组成和重量百分比较好的为：CaF₂63%～65%，Al₂O₃15%～16%，CaO13%～14%，SiO₂6%～9%。该渣系熔点为1100～1120℃，1600℃的粘度为0.04～0.06Pa·s，1600℃时渣阻0.27～0.29Ω·cm。

采用本发明渣系进行镍基合金板坯抽锭电渣重熔，一般可以经如下步骤：

第一步，采用中频感应炉生产镍基耐蚀合金电极，电极的厚度、宽度、长度分别为220～270mm、1320~1460mm、2800～3500mm，重量大于6吨。将电极焊接在假电极上，待用；

第二步，将渣料在800～850℃的温度下烘烤7~8小时，以减少渣料中的水分，待用；

第三步，采用石墨电极在化渣包中将准备好的渣料熔化成液态，液态渣温度控制在1650～1700℃，保证渣系化开、化清；

第四步，将引锭装置与底水箱联接牢固，再将底水箱移至T型结晶器下部，密封好，电极与结晶器对中后，抬起至T型结晶器上口；

第五步，关闭引锭装置的冷却水，将液态渣倒入T型结晶器内；

第六步，将电极插入渣池中，设定好电压、电流，电极插入深度控制在15～20mm，电极的熔化速度控制在900～1000kg/h，金属液滴迅速的滴落在引锭装置上，将引锭装置的冷却水打开，与其粘接牢固；

第七步，当金属熔池的液面达到距离下结晶器底边320～380mm高度时，开始抽动底水箱，将板坯从结晶器中拉出，抽动的速度为1～10mm/min，一直将电极熔化完毕。上结晶器的冷却水流量控制在90m³/h，下结晶器的冷却水流量控制在150m³/h，底水箱冷却水流量控制在30m³/h，引锭装置的冷却水流量控制在20m³/h。

第八步，根据生产需要，将另外一支电极重新移至渣池中，实现连续生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在现有的抽锭电渣重熔技术的基础上，通过调整CaF₂、Al₂O₃、CaO、SiO₂等组元的比例，使渣系具有合适的熔点、粘度、流动性、渣阻，与镍基合金板坯抽锭电渣重熔工艺相匹配，成功生产出厚度小于200 mm，宽度大于1250mm，重量大于6吨的镍基合金板坯，该电渣重熔板坯可直接进入炉卷轧机热轧成卷，节省中间的锻造开坯工序，缩短耐蚀合金板、带、箔材的生产流程，降低生产成本，降低能耗降低，具有明显的经济效益。

具体实施方式

实施例1：

采用本发明的渣系生产镍基合金UNS N06625电渣板坯，包括以下步骤。

第一步，采用中频炉+AOD炉冶炼自耗电极，电极厚度、宽度、长度分别为270mm、1320 mm、2800mm，电极的化学成分符合标准要求，如表1所示；

表1 电极化学成分（重量%）

第二步，将自耗电极表面打磨干净；

第三步，制备渣料。渣系采用CaF₂、Al₂O₃、CaO、SiO₂四元渣系，各组元的重量百分比分别为63%、15%、13%、9%，渣量300kg。将渣料分开置入电炉内，温度控制在800℃，烘烤7小时；

第四步， 将烘烤好的渣系按照CaF₂、SiO₂、CaO、Al₂O₃的顺序加入到化渣包内，引弧造渣，化渣时间约90分钟，渣温控制在1650~1700℃，保证渣系化开、化清；

第五步，将引锭装置与底水箱联接牢固，再将底水箱移动到结晶器内，密封好，自耗电极与结晶器对中后，抬起至结晶器口；

第六步，关闭引锭装置的冷却水，将液态渣倒入T型结晶器内，并将自耗电极插入T型结晶器上部的渣池中，开始电渣重熔，设备的电压设定为60-62V，电流设定为16-17KA，电极插入深度控制在16mm，上结晶器的冷却水流量控制在90m³/h，下结晶器的冷却水流量控制在150m³/h，底水箱冷却水流量控制在30m³/h，引锭装置的冷却水流量控制在20m³/h。金属熔池液面采用探测器进行判断，当金属熔池的液面达到距离下结晶器底边370mm高时，开始抽动底水箱，将钢锭从结晶器中拉出，刚开始抽锭时抽锭速度为1 mm/min，逐渐提高至电渣重熔稳定的抽速8mm/min，电极熔化速度为900kg/h， 一直将自耗电极熔化完毕；

第七步，将抽出的电渣重熔板坯进行二次喷雾冷却, 电渣重熔板坯的厚度、宽度、长度分别为200mm、1250mm、4000mm，重量约8吨。

对UNS N06625镍基合金电渣重熔板坯进行化学成分分析，结果如表2，成分符合标准要求。

表2 电渣板坯化学成分（重量%）

UNS N06625镍基合金抽锭电渣重熔板坯表面质量良好，没有明显重皮、夹渣等缺陷。根据GB/T 1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》标准，对实施例板坯内部质量进行检测，未发现疏松、偏析、白亮带、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂纹、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣、异金属夹杂物等缺陷，钢锭内部质量良好。

实施例2：

采用本发明的渣系生产镍基合金UNS N06600电渣板坯，包括以下步骤。

第一步，采用中频炉+AOD炉冶炼自耗电极，电极厚度、宽度、长度分别为270mm、1320 mm、2800mm，电极的化学成分符合标准要求，如表3所示；

表3 电极化学成分（重量%）

第二步，将自耗电极表面打磨干净；

第三步，制备渣料。渣系采用CaF₂、Al₂O₃、CaO、SiO₂四元渣系，各组元的重量百分比分别为64%、16%、14%、6%，渣量300kg。将渣料分开置入电炉内，温度控制在800℃，烘烤7小时；

第四步， 将烘烤好的渣系按照CaF₂、SiO₂、CaO、Al₂O₃的顺序加入到化渣包内，引弧造渣，化渣时间约90分钟，渣温控制在1650~1700℃，保证渣系化开、化清；

第五步，将引锭装置与底水箱联接牢固，再将底水箱移动到结晶器内，密封好，自耗电极与结晶器对中后，抬起至结晶器口；

第六步，关闭引锭装置的冷却水，将液态渣倒入T型结晶器内，并将自耗电极插入T型结晶器上部的渣池中，开始电渣重熔，设备的电压设定为60-62V，电流设定为16-17KA，电极插入深度控制在16mm，上结晶器的冷却水流量控制在90m³/h，下结晶器的冷却水流量控制在150m³/h，底水箱冷却水流量控制在30m³/h，引锭装置的冷却水流量控制在20m³/h。金属熔池液面采用探测器进行判断，当金属熔池的液面达到距离下结晶器底边370mm高时，开始抽动底水箱，将钢锭从结晶器中拉出，刚开始抽锭时抽锭速度为1 mm/min，逐渐提高至电渣重熔稳定的抽速8mm/min，电极熔化速度为900kg/h， 一直将自耗电极熔化完毕；

第七步，将抽出的电渣重熔板坯进行二次喷雾冷却, 电渣重熔板坯的厚度、宽度、长度分别为200mm、1250mm、4000mm，重量约8吨。

对 UNS N06600镍基合金电渣重熔板坯进行化学成分分析，抽锭电渣重熔板坯化学成分合格，如下表4所示。

表4 电渣板坯化学成分（重量%）

UNS N06600镍基合金抽锭电渣重熔板坯表面质量良好，没有明显重皮、夹渣等缺陷。根据GB/T 1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》标准，对实施例板坯内部质量进行检测，未发现疏松、偏析、白亮带、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂纹、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣、异金属夹杂物等缺陷，钢锭内部质量良好。

实施例3：

采用本发明的渣系生产镍基合金UNS N06690电渣板坯，包括以下步骤。

第一步，采用中频炉+AOD炉冶炼自耗电极，电极厚度、宽度、长度分别为270mm、1320 mm、2800mm，电极化学成份和重量百分比符合表5要求：

表5 电极化学成分（重量%）

第二步，将自耗电极表面打磨干净；

第三步，制备渣料。渣系采用CaF₂、Al₂O₃、CaO、SiO₂四元渣系，各组元的重量百分比分别为65%、15%、13%、7%，渣量300kg，渣料分开置入电炉内，温度控制在800℃，烘烤7小时；

第四步， 将烘烤好的渣系按照CaF₂、SiO₂、CaO、Al₂O₃的顺序加入到化渣包内，引弧造渣，化渣时间约90分钟，渣温控制在1650~1700℃，保证渣系化开、化清；

第五步，将引锭装置与底水箱联接牢固，再将底水箱移动到结晶器内，密封好，自耗电极与结晶器对中后，抬起至结晶器口；

第六步，关闭引锭装置的冷却水，将液态渣倒入T型结晶器内，并将自耗电极插入T型结晶器上部的渣池中，开始电渣重熔，设备的电压设定为60-62V，电流设定为16-17KA，电极插入深度控制在16mm，上结晶器的冷却水流量控制在90m³/h，下结晶器的冷却水流量控制在150m³/h，底水箱冷却水流量控制在30m³/h，引锭装置的冷却水流量控制在20m³/h。金属熔池液面采用探测器进行判断，当金属熔池的液面达到距离下结晶器底边370mm高时，开始抽动底水箱，将钢锭从结晶器中拉出，刚开始抽锭时抽锭速度为1 mm/min，逐渐提高至电渣重熔稳定的抽速8mm/min，电极熔化速度为900kg/h， 一直将自耗电极熔化完毕；

第七步，将抽出的电渣重熔板坯进行二次喷雾冷却, 电渣重熔板坯的厚度、宽度、长度分别为200mm、1250mm、4000mm，重量约8吨。

对UNS N06900镍基合金电渣重熔板坯进行化学成分分析，如下表6所示。

表6 电渣板坯化学成分（重量%）

UNS N06900镍基合金抽锭电渣重熔板坯表面质量良好，没有明显重皮、夹渣等缺陷。根据GB/T 1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》标准，对实施例板坯内部质量进行检测，未发现疏松、偏析、白亮带、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂纹、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣、异金属夹杂物等缺陷，钢锭内部质量良好。

Claims (2)

1.一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系，所述镍基合金为UNS N06625、UNS N06600、UNS N06690镍基合金；其特征在于：所述渣系的组成和重量百分比为：CaF₂60%～65%，Al₂O₃15%～20%，CaO13%～15%，SiO₂6%～10%；所述渣系熔点为1100～1150℃，1600℃的粘度为0.04～0.07Pa·s，1600℃时渣阻0.27～0.3Ω·cm。

2.如权利要求1所述的一种镍基合金板坯抽锭电渣重熔用渣系，其特征在于：所述渣系的组成和重量百分比为：CaF₂63%～65%，Al₂O₃15%～16%，CaO13%～14%，SiO₂6%～9%；所述渣系熔点为1100～1120℃，1600℃的粘度为0.04～0.06Pa·s，1600℃时渣阻0.27～0.29Ω·cm。