CN105714125A - 一种电渣重熔渣及其生产工艺 - Google Patents

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CN105714125A CN201610132101.3A CN201610132101A CN105714125A CN 105714125 A CN105714125 A CN 105714125A CN 201610132101 A CN201610132101 A CN 201610132101A CN 105714125 A CN105714125 A CN 105714125A
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别飞雄
张福
陈永彦
王旭阳
梁冠东
王正英
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Abstract

本发明提供了一种电渣重熔渣及其生产工艺，属于电渣重熔技术领域。一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：2%~5%、Al2O3：40%~50%、SiO2：20%~30%、MgO：10%~20%、CaO：5%~15%。本发明的电渣重熔渣的生产和加工性能稳定可靠，钢锭中的有害元素含量明显减少，钢锭无明显表面缺陷，产品成分稳定均一，钢锭的成材率提高15~20%，单炉耗电量减少20%以上。

Description

一种电渣重熔渣及其生产工艺
技术领域
本发明属于电渣重熔技术领域，具体涉及一种电渣重熔渣及其生产工艺。
背景技术
电渣重熔（ESR）技术是生产高等级热作模具钢的一种特殊熔炼方法，它是利用电流通过熔渣时产生的电阻热做为热源来重熔自耗电极的二次精炼法。在自耗电极熔化、金属滴液形成、滴落过程中，钢渣之间发生一系列的物理化学反应，从而去除钢中的非金属夹杂及有害物质。同时电渣重熔过程自上而下的结晶过程可以明显改善钢锭的凝固质量，提高热作模具钢的各向异性。
由于重熔电熔钢锭具有组织致密、成分均匀、表面光洁、成材率高等优点。因此，从电渣重熔技术产生以后，就成为生产某种特殊材料的重要手段。长期以来，虽然有许多研究者通过建立数学模型的方法描述电渣重熔的过程，并探索最新的工艺，但仍有很多需要研究的问题。电渣重熔技术产生以后，开发了许多渣系用于电渣重熔生产，但往往耗电较高，目前国内某钢厂电渣重熔冷轧锟用钢时吨钢耗电1500~1600KWh。同时，在电渣重熔的生产铸件经常会因为出现白点而导致报废。白点又称发纹或氢脆，是钢中氢引起的一种内部缺陷。白点能显著降低钢的力学性能，尤其是降低钢的塑形与韧性，破坏了钢的连续性，在钢中起内部缺口的作用。在冷轧锟生产中氢往往是冷轧锟产生疲劳纹的发源地，有时会造成冷轧钢工作锟由于氢致脆性而发生突然事件。电渣钢锭通常需要进行长期的扩氢处理，以降低钢锭中的含氢量。
电渣重熔渣系以二元渣系（CaF2~Al2O3）为主，二元渣系综合工艺性能较好，能适应不同的工艺条件，具有一定的脱硫及去夹杂能力。但是，这种渣系，熔点高，导电率高，重熔电耗高。常用渣的基本形态是以CaF2为基础，配入适当的CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2等氧化物组成的，各组元成分在渣中有各自的作用。渣中的CaF2能降低渣的熔点、粘度和表面张力，但电导率相对较高，而且渣中CaF2含量高，在熔炼过程中易放出有害气体和烟尘，造成环境污染；渣中Al2O3能明显降低渣的电导率，减少电耗，但是渣中Al2O3增加，将使渣的熔化温度和粘度升高，并将降低渣的脱硫效果，另外会使重熔过程难以建立和稳定；CaO能增大渣的碱度，提高脱硫效率，并且能降低渣的电导率，但同时CaO吸水性强，极易吸潮粉化，烘烤后生成的OH-难以去除，或去除后在入炉过程中与大气接触又再次迅速吸潮；即使只有1%石灰水化，也会使熔渣增氢70ppm；渣中含有适当的MgO将会在渣池表面形成一层半凝固莫，可防止渣池吸氧及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧，从而使铸锭中氧、氢、氮含量降低，同时可以渣的热损失，但是MgO容易使熔渣的粘度提高。不同的渣系组元不同，熔渣的性能也会有区别。申请号为201510660951.6的专利明公开了一种电渣重熔用渣系，成分及质量百分比为：CaF2：50~60%，CaO：5~20%，SiO2：20~35%，Al2O3：5~15%，其余为不可避免的杂质。该发明渣系降低CaO和Al2O3含量，增加SiO2百分含量，渣透气性低，有利于防止增氢，提高钢的疲劳性能。该渣系着眼于钢增氢问题，通过合理调节组元的含量，取得了很好的效果。申请号为201410405518.3的专利公开了一种双相不锈钢板坯抽锭电渣重熔用渣系，该渣系组成和重量百分比为：CaF230%~40%，Al2O330%~35%，CaO22%~30%，SiO26%~10%，MgO2%~5%，所述渣系熔点为1200~1250℃，在1600℃时粘度为0.1~0.13Pa·s，在1600℃时电阻0.35~0.37Ω·cm，该发明渣系用于双相不锈钢抽锭电渣重熔所得板坯表面和内部质量良好，没有明显重皮、夹渣等缺陷，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。该渣系着眼于解决双相不锈钢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，并取得了良好的效果。公知的，本领域的钢种类繁多，每种钢的性能也存在或大或小的区别，电渣重熔渣对钢材的性能也存在直接地影响，而这种影响作用并不是单一的，通常是多种因素相互作用导致的，例如渣系的性能、重熔工艺过程控制和设备条件等。在实际生产中，电渣重熔炼钢不仅必须严格完成工艺规程的要求，而且必须评定区域气候条件、季节性甚至复杂的车间内部状况对冶炼过程的可能性影响。
此外，电渣重熔过程中，熔融渣池起着重要的作用，因此在整个熔渣过程中，渣池成分、温度、深度、流动性等必须保持在稳定与最佳状态下。电渣重熔是电冶炼和化学冶炼的方法，因此要求熔融渣池即是热源电阻体，又是精炼渣的双重特性。这样就要使电渣重熔能在熔融渣池的导电率、熔点、表面张力、粘度、氧化性等与重熔金属品种相适应的最佳条件下进行，而选择合适的渣系就显得尤为重要。
电渣重熔技术影响因素及操作环境相当复杂，目前研究电渣重熔技术的生产厂家和研究机构也比较多，但所开发的电渣重熔渣还存在许多问题，比如解决问题单一，应用范围较窄；对工艺要求比较苛刻，不适合推广应用；性能不稳定，达不到连铸要求等，都需要进行继续探索和改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种重熔渣系稳定、钢锭表面光滑、产品成分稳定均一、耗电量低的电渣重熔渣。
本发明的另一个目的是，提供一种上述电渣重熔渣的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：2%~5%、Al2O3：40%~50%、SiO2：20%~30%、MgO：10%~20%、CaO：5%~15%。
优选的，所述电渣重熔渣的成分及质量百分比为：CaF2：4%~5%、Al2O3：40%~45%、SiO2：25%~30%、MgO：15%~20%、CaO：6%~12%。
优选的，所述电渣重熔渣由下述重量份的原料制备而成，萤石1~6份、铝矾土40~50份、钙球5~10份、高铝水泥20~30份、镁砂15~25份。
优选的，所述电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石1~6份、铝矾土40~50份、钙球5~10份、高铝水泥20~30份、镁砂15~25份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度至少为200目，且筛下物不少于80%。
优选的，步骤S2中所述熔化温度为1250~1350℃。
优选的，所述电渣重熔渣还包括质量百分比为0.10%~0.85%的稀土金属。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过上述技术方案，获得了一种重熔渣系稳定、钢锭表面光滑、产品成分稳定均一、耗电量低的电渣重熔渣。
本发明在总结现有渣系存在问题的基础上，通过不断地探索和试验，决定采用CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2的五元渣系；尽管CaF2的添加会污染环境，但其有益性能也非常突出，故常规渣系的CaF2含量都比较高，基本在20%以上，少于这个数值的渣系效果稳定性都比较差，钢锭成材率较低，导致应用范围受限。而本发明大胆打破传统的经验模式，将CaF2限制在5%以内，同时增加渣子的Al2O3及SiO2含量，增加渣子的吸附夹杂能力，并且保证一定的MgO、CaO含量，防止钢液吸气，而增加氢的含量。通过上述大胆创新和无数次的试验，最终确定电渣重熔渣的成分和质量百分比为：CaF2≤5%、Al2O3：40%～50%、SiO2：20%～30%、MgO：10%～20%、CaO：5%～15%。
本发明的电渣重熔渣的生产和加工性能稳定可靠，钢锭中的有害元素含量明显减少，钢锭无明显表面缺陷，产品成分稳定均一，钢锭的成材率提高15~20%，单炉耗电量减少20%以上。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例1
电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5%、Al2O3：40%、SiO2：30%、MgO：10%、CaO：12%，其余为不可避免的杂质。
电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石6份、铝矾土40份、钙球8份、高铝水泥30份、镁砂15份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度过200目，且筛下物不少于80%。
本发明渣系的熔化温度为1250~1350℃。
实施例2
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5%、Al2O3：40%、SiO2：25%、MgO：15%、CaO：10%，其余为不可避免的杂质。
电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石4份、铝矾土40份、钙球10份、高铝水泥25份、镁砂20份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度过200目，且筛下物不少于80%。
本发明渣系的熔化温度为1250~1350℃。
实施例3
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：4.5%、Al2O3：45%、SiO2：20%、MgO：18%、CaO：10%，其余为不可避免的杂质。
电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石3份、铝矾土45份、钙球5份、高铝水泥20份、镁砂25份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度过200目，且筛下物不少于80%。
本发明渣系的熔化温度为1250~1350℃。
实施例4
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：4%、Al2O3：50%、SiO2：25%、MgO：12%、CaO：5%，其余为不可避免的杂质。
电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石3份、铝矾土50份、钙球5份、高铝水泥25份、镁砂15份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度至少为200目，且筛下物不少于80%。
本发明渣系的熔化温度为1250~1350℃。
实施例5
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：3%、Al2O3：40%、SiO2：30%、MgO：20%、CaO：5%，其余为不可避免的杂质。
电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石2份、铝矾土42份、钙球5份、高铝水泥30份、镁砂20份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度至少为200目，且筛下物不少于80%。
本发明渣系的熔化温度为1250~1350℃。
实施例6
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：2%、Al2O3：45%、SiO2：20%、MgO：15%、CaO：15%，其余为不可避免的杂质。
电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石1份、铝矾土45份、钙球10份、高铝水泥25份、镁砂15份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度至少为200目，且筛下物不少于80%。
本发明渣系的熔化温度为1250~1350℃。
实施例7
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5%、Al2O3：40%、SiO2：25%、MgO：15%、CaO：10%，镧0.10%，其余为不可避免的杂质。电渣重熔渣的生产工艺可参阅实施例2，镧元素在步骤S1中加入，其余步骤同实施例2。
实施例8
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：4%、Al2O3：42%、SiO2：25%、MgO：20%、CaO：6%，镧0.35%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺可参阅实施例7。
实施例9
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：4.5%、Al2O3：45%、SiO2：25%、MgO：15%、CaO：8%，镧0.50%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺可参阅实施例7。
实施例10
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5%、Al2O3：40%、SiO2：25%、MgO：15%、CaO：10%，铈0.60%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺可参阅实施例7。
实施例11
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：4%、Al2O3：40%、SiO2：26%、MgO：15%、CaO：12%，铈0.85%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺可参阅实施例7。
本发明所用稀土金属除可以为镧或铈外，还可以选择使用钇或钪等可以与本发明所用原料相互配合并起到相同功能或使用效果的稀土元素。稀土金属的合理添加使用，可以起到更好地脱硫脱氧效果，去除夹杂物，改变夹杂物的形态，改善钢的力学性能和加工性能。在本发明中，稀土金属的添加量为0.10%~0.85%（质量百分比）。
本发明所用原料萤石、铝矾土、钙球、高铝水泥和镁砂均为本领域常规用料，可以市售获得。
对比例1
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5.5%、Al2O3：40%、SiO2：25%、MgO：15%、CaO：10%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺参阅实施例2。
对比例2
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5.5%、Al2O3：40%、SiO2：25%、MgO：15%、CaO：10%，镧0.10%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺参阅实施例7。
对比例3
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5.5%、Al2O3：40%、SiO2：30%、MgO：10%、CaO：12%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺参阅实施例1。
对比例4
一种电渣重熔渣，成分及质量百分比为：CaF2：5.5%、Al2O3：40%、SiO2：30%、MgO：10%、CaO：12%，铈0.60%，其余为不可避免的杂质。该电渣重熔渣的生产工艺参阅实施例7。
下面将本发明电渣重熔渣在本公司试验的部分实施例及效果列举如下，以更好地表明本发明的意图。
现将试验情况简述如下：
一、试验条件：
浇注断面（mm2）：180×1080、浇注速度：0.7~1.0m/min、钢水过热度：20~40℃、数量：10T、浇注钢种：AISI304、AISI321、AISI300、AISI430等钢种。
二、试验效果
采用实施例1、2、7、10及对比例1~4所制备的电渣重熔渣对上述钢种分别浇注40炉。分别对上述浇注情况的现场使用情况进行记录并对试验钢种的外观、内部质量、氧含量、氢含量及硫含量进行检测，结果如下。
1）现场使用情况、外观及内部质量：
实施例1：在熔渣过程中，反映良好，没有出现异常情况；无需进行扒皮处理，没有明显表面缺陷，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、7、10的上述使用记录与实施例1基本相同，稳定性较好，没有出现明显的波动或不良缺陷。
对比例1：40炉中扒皮处理率为80~90%以上需要进行扒皮处理，扒皮处理量相对较大，表面缺陷较为明显，具有较为明显的疏松、轴心晶间裂纹、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣等缺陷，钢锭内部质量基本不合格。
对比例2：40炉中扒皮处理率为70~80%以上需要进行扒皮处理，表面缺陷较为集中，有部分偏析、轴心晶间裂纹、夹渣等缺陷，钢锭内部质量合格率低于20%。
对比例3：表面缺陷主要表现在皮下气泡、残余缩孔、白点、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣等，钢锭内部质量基本不合格。
对比例4：表面缺陷主要表现在残余缩孔、轴心晶间裂纹、非金属夹杂物及夹渣等，钢锭内部质量合格率低于15%。
2）氧含量、氢含量及硫含量检测结果
表1氧含量比较
由表1可知，试验组电渣重熔渣的使用使得钢产品中的氧含量明显降低，而且添加稀土金属的实施例2和实施例4的氧含量更低，说明稀土金属与各元素结合起到了协同脱氧的作用。此外，对比例1与实施例1相比，CaF2的含量超过本发明的最高限，理论上来说其对氧含量的直接影响不大，但是实验结果却出乎意料，氧含量明显高于对比例1；而对比例2是在对比例1的基础上加入了少量的稀土金属，氧含量有所减少，但是作用不明显；对比例3是在实施例3的基础上增加了CaF2的用量同时减少了MgO的用量，结果导致氧含量明显增加；对比例4是在对比例3的基础上加入了少量的稀土金属，可以看到氧含量有所减少，但是作用不明显。通过对氧含量的试验和分析可以看到，尽管本发明只加入了0.10%~0.85%的稀土金属，但仍然显示出了明显的脱氧效果，而且在成分配比合理的情况下取得的脱氧效果更加理想。
表2氢含量比较
由表2可知，试验组电渣重熔渣的使用使得钢产品中的氢含量明显降低，添加稀土金属对氢含量的降低效果不明显。对比例1~4的试验结果可以明显看出，改变成分配比对本发明氢含量影响显著，同时也看到在调整CaF2和MgO用量的情况下，对比例2较对比例1的效果好，而对比例4较对比例3的效果好，这说明稀土金属对钢种的氢含量也有一定的积极影响。
表3硫含量及脱硫率比较
由表3可知，试验组电渣重熔渣的使用使得钢产品中的硫含量明显降低，而且相比于现有技术，具有明显优势，添加稀土金属对氢含量的降低也具有明显的积极效果。对比例1~4的试验结果可以明显看出，改变成分配比，尤其是本发明CaF2和MgO的用量对本发明氢含量影响显著，同时对比例2较对比例1效果好，对比例4较对比例3效果好，直接说明稀土金属对钢种的氢含量具有积极作用。本发明电渣重熔渣显示出了优异的脱氢效果。
通过大量的试验表明本发明电渣重熔渣的生产和加工性能稳定可靠，钢锭中的有害元素含量（包括氢、氧、和硫含量）明显减少，钢锭无明显表面缺陷，产品成分稳定均一，钢锭的成材率提高15~20%，单炉耗电量减少20%以上。成分配比合理，使得本发明产品的成本较之现有的电渣重熔渣明显降低，具有明显的市场优势。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种电渣重熔渣，其特征在于，成分及质量百分比为：CaF2：2%~5%、Al2O3：40%~50%、SiO2：20%~30%、MgO：10%~20%、CaO：5%~15%。
2.如权利要求1所述的电渣重熔渣，其特征在于：所述电渣重熔渣的成分及质量百分比为：CaF2：4%~5%、Al2O3：40%~45%、SiO2：25%~30%、MgO：15%~20%、CaO：6%~12%。
3.如权利要求1或2所述的电渣重熔渣，其特征在于：所述电渣重熔渣由下述重量份的原料制备而成，萤石1~6份、铝矾土40~50份、钙球5~10份、高铝水泥20~30份、镁砂15~25份。
4.如权利要求3所述的电渣重熔渣，其特征在于：所述电渣重熔渣的生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1：准备和称取下述重量份的原料，萤石1~6份、铝矾土40~50份、钙球5~10份、高铝水泥20~30份、镁砂15~25份；
步骤S2：熔化，在大于渣系熔化温度200℃以上的温度下置于无炉衬水冷炉壁电炉中熔化，得到熔渣；
步骤S3：凝固，上述熔渣进入模具中冷却凝固成玻璃体；
步骤S4：粉碎，将凝固后的玻璃体，直接破碎，粉碎后的粉末粒度至少为200目，且筛下物不少于80%。
5.如权利要求4所述的电渣重熔渣，其特征在于：步骤S2中所述熔化温度为1250~1350℃。
6.如权利要求1~5任一项所述的电渣重熔渣，其特征在于：所述电渣重熔渣还包括质量百分比为0.10%~0.85%的稀土金属。
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