CN105838897A - 一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺 - Google Patents

一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，先按照CaF2 60～70重量份、Al2O3 15～25重量份和CaO 15～25重量份配制重熔渣，并在700～800℃烘烤7~10小时后倒入渣池中，将合金钢作为自耗电极插入重熔渣中，装配好电渣重熔炉，接通电源起弧开始电渣重熔，控制电渣重熔炉的输入电压波动≤40V，重熔电压48~52 V，电流6100~6500 A，结晶器底部的冷却水出水温度≤50℃，结晶器底部的冷却水进出温差在10~20℃。本发明方法制得的电渣锭基本不出现锭型偏析情况，制得的电渣锭适合作为对锭型偏析要求严格的特殊部件如高压气密结构用钢材，具有良好的安全性。

Description

一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺
技术领域
本发明属于黑金属材料电冶金技术领域，涉及一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺。
背景技术
锭型偏析是电渣重熔钢材的一种低倍缺陷，是由于在电渣重熔过程中金属熔化与凝固过程同时进行，钢液温度随着电压、电流、冷却水流速等工艺参数的波动而发生改变，引起结晶速度的相应变化所造成的；在钢锭结晶过程中由于结晶规律的影响，靠锭模的边缘形成垂直锭模的为柱状晶区域，钢锭的中心为等轴晶区，柱状晶区域与等轴晶区交界处极易形成成分偏析与杂质的聚集，组织上也易形成倾斜树枝晶区，这些缺陷导致锭型偏析形成。
虽然有锭型偏析缺陷的钢材并未引起钢材机械性能的显著恶化，但是将这些具有锭型偏析的缺陷钢材用作一些对锭型偏析要求严格的特殊用途部件，比如用在高压气密结构部件时，则会因合金元素偏析而导致钢材料漏气，发生严重事故，造成不堪设想的后果。然而现有技术中并没有相关消除锭型偏析的生产工艺。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，使该工艺具有良好的消除锭型偏析效果，采用该工艺制得的钢材能作为对锭型偏析级别要求高的特殊钢种用。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，包括如下步骤：
1)按照CaF260～70重量份、Al2O315～25重量份和CaO 15～25重量份配制重熔渣，将配制的所述重熔渣在700～800℃烘烤7～10小时后倒入电渣重熔炉结晶器的渣池中；
2)将合金钢作为自耗电极插入到步骤1)所述重熔渣中，并装配好所述电渣重熔炉；所述合金钢若为回收再利用的合金钢，则还需去除合金钢表面夹渣和/或耐火材料；
3)步骤2)电渣重熔炉装配完成后，接通电源起弧，开始电渣重熔，控制电渣重熔炉的电源输入电压波动≤40V，重熔电压为48～52V，电流为6100～6500A；
4)在电渣重熔过程中自耗电极不断熔化，熔化后的自耗电极液滴穿过所述重熔渣落入所述结晶器底部形成熔池，所述电渣重熔炉的结晶器底部和底板箱均通有冷却水，所述熔池中的熔液在冷却水的作用下冷却结晶得到电渣钢锭；其中，控制结晶器底部的冷却水出水温度≤50℃，结晶器底部的冷却水进出温差在10～20℃。
本发明方法通电重熔过程中，利用电流使重熔渣产生的电阻热作为热源，将自耗电极逐渐熔化，熔化后的自耗电极液滴穿过重熔渣落入结晶器底部形成熔池，熔池中的熔液在结晶器底部和底板箱冷却水的冷却作用下冷却凝固，得到电渣钢锭。为了解决现有电渣重熔钢容易出现锭型偏析的不足之处，本发明采用如下重量份组分配制重熔渣：CaF260～70份、Al2O315～25份和CaO 15～25份，该比例渣熔点较低在1230℃左右，熔炼过程中性质稳定，易成型，有较大的过热和好的流动性，有利于改善和消除锭型偏析。
本发明还控制电渣重熔炉的电源输入电压波动≤40V，重熔电压为48～52V，电流为6100～6500A，采用高电压低电流的参数，在电渣重熔过程中能够获得扁平形状的金属熔池，为凝固结晶创造条件，对消除锭型偏析有利；为了更好地避免产生锭型偏析现象，本发明还控制结晶器底部的冷却水出水温度≤50℃，结晶器底部的冷却水进出温差在10～20℃，采用这样的参数，加大径向冷却温度梯度，加快金属熔液的凝固结晶，有利改善锭型偏析。
进一步，所述电渣重熔工艺中，连接所述电源和所述电渣重熔炉的电线长度≤2m。这样，可以减少线路阻抗，避免了线路阻抗带来的电压波动，保证了重熔过程中电压的平稳，避免电压波动带来的锭型偏析。
进一步，所述电渣重熔工艺中，底板箱冷却水进出水温差≤5℃。因为电渣重熔凝固是以轴向推进，那么底水箱的冷却强度也影响钢锭的结晶特点和钢锭的凝固质量，本发明底水箱冷却水进出水温差控制在5℃以内，能很好的消除锭型偏析。
进一步，所述电渣重熔工艺中，所述自耗电极为20CrNi3A合金钢。本发明对20CrNi3A合金钢消除锭型偏析的效果更好，可以使对锭型偏析较敏感的20CrNi3A合金钢基本不产生锭型偏析。
进一步，所述电渣重熔工艺中，所述结晶器的护底板与所述自耗电极钢种相同。这样，得到的电渣锭表面不会覆有其他合金或金属，制得的电渣锭纯度更高。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明针对现有技术电渣重熔合金钢容易出现锭型偏析，不适合作为对锭型偏析要求严格的特殊用途钢材这一不足，通过研究发现锭型偏析的产生主要是与电渣重熔过程中的控制电压、电流、输入电压波动、渣系、冷却水温度及进出冷却水温差密切关联，并进一步通过研究发现当选用本发明方法时，重熔渣具有较大的过热和好的流动性，在电渣重熔过程中能够获得扁平形状的金属熔池，并加快金属熔液的凝固结晶，制得基本无锭型偏析现象的合金钢材，取得了良好的技术效果。
2、采用本发明方法制得的电渣锭基本不出现锭型偏析情况，制得的电渣锭适合作为对锭型偏析要求严格的特殊部件如高压气密结构用钢材，避免了材料漏气等造成的严重事故，具有良好的安全性。
3、本发明方法使用现有电渣重熔装置即可操作，操作过程中参数易控制，控制过程中无需使用特殊设备，操作成本低，进而制得的钢材成本相应也较低，具有良好的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。
本发明消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，包括如下步骤：
1)按照CaF260～70重量份、Al2O315～25重量份和CaO 15～25重量份配制重熔渣，将配制的所述重熔渣在700～800℃烘烤7～10小时后倒入电渣重熔炉结晶器的渣池中；
2)将合金钢作为自耗电极插入到步骤1)所述重熔渣中，并装配好所述电渣重熔炉；所述合金钢若为回收再利用的合金钢，则还需去除合金钢表面夹渣和/或耐火材料；
3)步骤2)电渣重熔炉装配完成后，接通电源起弧，开始电渣重熔，控制电渣重熔炉的电源输入电压波动≤40V，重熔电压为48～52V，电流为6100～6500A；
4)在电渣重熔过程中自耗电极不断熔化，熔化后的自耗电极液滴穿过所述重熔渣落入所述结晶器底部形成熔池，所述电渣重熔炉的结晶器底部和底板箱均通有冷却水，所述熔池中的熔液在冷却水的作用下冷却结晶得到电渣钢锭；其中，控制结晶器底部的冷却水出水温度≤50℃，结晶器底部的冷却水进出温差在10～20℃。
下面采用本发明方法进行试验，为了更好的说明，分别从改变电渣重熔炉的输入电压波动、调整电流、改变渣系、调节结晶器底部冷却水温差方面来验证本发明方法可以有效避免锭型偏析的产生，具体试验和结果如表1～4所示，表中未列出试验参数均设置为本发明方法中所描述的参数。下述实施例均使用对锭型偏析较敏感的20CrNi3A合金钢作为自耗电极钢种，将20CrNi3A合金钢采用感应炉冶炼生产浇注成∮180mm的自耗电极，采用∮300mm的水冷铜结晶器，使用与自耗电极同钢种20CrNi3A合金钢的护底板。
实施例1改变输入电压波动
表1 输入电压波动对锭型偏析产生的影响
本发明通过研究发现输入电压的波动会引起输出电压即冶炼电压的波动，重熔过程中冶炼功率的变化影响金属熔池形状、结晶速度，还可能出现二次熔化现象等，实际生产中波动越大，锭型偏析越严重。由上表1可以看出，在输入电压波动较大的情况下，钢锭头尾产生锭型偏析的现象明显，不合格炉数达到一半以上，且输入电压波动越大，锭型偏析越严重；而采用本发明方法控制输入电压波动≤40V，不合格炉数为0，电渣重熔的电渣钢头尾没有出现锭型偏析现象，说明本发明方法取得了良好的抑制锭型偏析产生的效果。
实施例2改变电流值
表2 电流值对锭型偏析产生的影响
本发明通过研究发采用高电压低电流的参数，在电渣重熔过程中能够获得扁平形状的金属熔池，为凝固结晶创造条件，消除锭型偏析。由上表2可以看出，重熔电流在6100～6500A时，能够保证重熔过程稳定，不会产生锭型偏析，而采用其他电流均会产生锭型偏析。
实施例3改变渣系
表3 渣系的改变对锭型偏析产生的影响
由上表3可以看出，采用CaF2:60～70份、Al2O3：15～25份和CaO15～25份的重熔渣时，该比例渣熔点较低在1230℃左右，熔炼过程稳定，易成型，有较大的过热和好的流动性，在电流的作用下能够产生较高的渣温，能够有效抑制锭型偏析的产生。
实施例4调节结晶器冷却水温差
表4 结晶器冷却水温差对锭型偏析的影响
上表三种试验方案底板箱冷却水进出水温差控制在5℃以内，由上表可以看出当结晶器底部冷却水温差大于20℃时，出现了严重的锭型偏析，而将结晶器底部冷却水温差控制在10～20℃时，可以使结晶器的径向冷却温度梯度变大，加快了金属熔液的凝固结晶，熔池内的熔液能够在短时间内迅速冷却，避免了锭型偏析的产生。
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，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）按照CaF2 60～70重量份、Al2O3 15～25重量份和CaO 15～25重量份配制重熔渣，将配制的所述重熔渣在700～800℃烘烤7~10小时后倒入电渣重熔炉结晶器的渣池中；
2）将合金钢作为自耗电极插入到步骤1）所述重熔渣中，并装配好所述电渣重熔炉；
3）步骤2）电渣重熔炉装配完成后，接通电源起弧，开始电渣重熔，控制电渣重熔炉的电源输入电压波动≤40V，重熔电压为48~52 V，电流为6100~6500A；
4）在电渣重熔过程中自耗电极不断熔化，熔化后的自耗电极液滴穿过所述重熔渣落入所述结晶器底部形成熔池，所述电渣重熔炉的结晶器底部和底板箱均通有冷却水，所述熔池中的熔液在冷却水的作用下冷却结晶得到电渣钢锭；其中，控制结晶器底部的冷却水出水温度≤50℃，结晶器底部的冷却水进出温差在10~20℃。
2.根据权利要求1所述消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，其特征在于，连接所述电源和所述电渣重熔炉的电线长度≤2 m。
3.根据权利要求1所述消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，其特征在于，所述底板箱冷却水进出水温差≤5℃。
4.根据权利要求1所述消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，其特征在于，所述自耗电极为20CrNi3A合金钢。
5.根据权利要求1所述消除电渣钢锭型偏析的重熔工艺，其特征在于，所述结晶器的护底板与所述自耗电极钢种相同。
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