CN105861848A - 一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种Fe‑Mn合金的电渣重熔制备方法，采用如下重量份组分的电渣：60~70份CaF₂、15～20份Al₂O₃和15～20份CaO；先向电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和干燥后的电渣，设置电压57～60 V、电流3000～3500 A通电起弧，建立渣池；再调节冶炼电流I=（0.15～0.25）×D结A，冶炼电压U=0.5×D结+(26～33)V，熔化速率V=(0.6～0.8)D结kg/min，对自耗电极进行电渣重熔，冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧。采用本发明方法制得的铁锰合金钢纯净度高、铸态组织好、高温塑性强、钢锭表面光滑、成材率高达93%，制好的合金钢锭良好的满足成分要求。

Description

一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法

技术领域

本发明属于黑金属材料冶金技术领域，涉及电冶金技术领域，具体涉及一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法。

背景技术

Fe-Mn系列阻尼合金是一种具有减振降噪特性的功能材料。在现有的几类阻尼合金中，Fe-Mn系阻尼合金不但强度较高、成本低，而且其阻尼性能随着应变振幅的增大而增加，可作为较大振动和冲击部件使用，应用前景非常好，因此在近年来引起国内外研究学者的广泛重视。但是普通铸锭和连铸坯制得的铁锰合金中杂质粗大、铸态组织疏松，常导致在热加工过程中开裂，导致成材率低，如何开发一种新的Fe-Mn合金加工工艺使其成材率提高是当务之急。

众所周知，电渣重熔的优点之一是可获得纯净度高、组织好、表面光滑的钢锭，这是其它冶炼方法无法媲美的。但是，当电渣重熔设备结构不合理或者电渣重熔的工艺参数制定不合理时，重熔锭会出现内部的低倍、夹杂和表面质量缺陷等问题。基于此，针对Fe-Mn合金如何设计出一种适合的电渣重熔工艺，获得符合要求、成材率高的Fe-Mn合金产品，十分具有意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，使采用该方法制得的Fe-Mn合金热加工过程中不易开裂、成材率高，且具有纯净度高、表面光滑、组织好的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，包括如下步骤：

1）采用如下重量份组分的电渣：60~70份CaF₂、15～20份Al₂O₃和15～20份CaO；将所述电渣于500~700℃下干燥9~12小时；

2）将自耗电极焊接在假电极上，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1）干燥后的电渣，装配好电渣重熔炉，设置电压57～60 V、电流3000～3500 A通电起弧，建立渣池；其中，所述电渣的添加量为G渣=G锭/（18~22）kg，所述脱氧剂为质量比1.5~3.0: 1.0~2.0的锰铁粉和铝粉，所述脱氧剂与所述电渣的质量比为3~5: 200~300；

3）步骤2）渣池建立后，调节冶炼电流I=（0.15～0.25）×D结 A，冶炼电压U=0.5×D结+(26～33)V，熔化速率V=(0.6～0.8) D结 kg/min，对所述自耗电极进行电渣重熔，冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧；其中，所述锰铁粉、铝粉和自耗电极的质量比为0.2~0.4:0.5~0.8:1000；其中，所述D结为结晶器的直径，单位为m。

本发明针对铁锰合金的熔点和杂质种类性质，选用比合金熔点低100~200℃、可实现对铁锰合金中不同杂质进行选择性去除可控精炼的电渣，本发明渣系组份中氟化钙：氧化铝：氧化钙的质量介于6:2:2与7:1.5:1.5之间，采用这样比例组份的熔渣不仅熔点低，钢渣界面张力大，钢渣分离有利；而且熔渣不易吸气，钢种的氧含量大大降低，去除钢中脆性夹杂物、氧化物、硫化物效果明显。采用本发明电渣重熔参数进行冶炼，熔炼过程稳定，所得到的钢锭具有组织致密，表面光洁，锻造塑性好的特点，根据铁锰合金的组织特性，电渣的添加量为G渣=G锭/（18~22）kg，每公斤渣重熔18～22公斤合金钢。针对电渣重熔起弧造渣过程中铁锰合金中锰元素烧损严重，在起弧时在渣中添加了锰铁粉和铝粉，不仅抑制了锰元素的烧损，还对渣料进行了深度预脱氧，本发明选用高电压低电流进行化渣，可以保证化渣迅速，渣池建立快；针对现有技术中电渣重熔制得的铁锰合金成材率低、出现内部低倍、夹杂和表面缺陷等问题，本发明特别根据铁锰合金的性质，选择冶炼电流I=（0.15～0.25）×D结，冶炼电压U=0.5×D结+(26～33)，熔化速率V=(0.6～0.8) × D结，这样的参数条件使冶炼重熔中柱状晶生长有利于轴向性发展，二次枝晶间距小，偏析小，进而使制得的钢锭热加工塑性好，提高了组织性能和热塑性，获得的钢锭成分均匀、纯净度高、组织致密。本发明在冶炼过程中也持续添加锰铁粉和铝粉进行脱氧，有效保证了冶炼过程中锰元素不被烧损，保证制得的铁锰合金铸锭成分合格、成材率高。

进一步，步骤1）中所述电渣包括如下重量份的组分：65份CaF₂ 、17份Al₂O₃ 和18份CaO。该组份渣系具有较低的熔点和黏度，流动性好，电导率较高，透气性低；有足够的还原性，渣的脱氧、脱硫能力好，对去除球状夹杂物、塑性夹杂物极其有利。

作为优化，步骤3）在冶炼过程中以1~3g/min的速度添加锰铁粉和铝粉。以这样的速度添加锰铁粉和铝粉，可以保证冶炼过程中能够始终处于脱氧状态，脱氧更加均匀彻底，能进一步保证铁锰合金中有益合金元素不被烧损，保证制得的钢锭成分合格，成材率高。

作为优化，步骤3）冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在40~60℃，进水温度≤30℃。控制这样的结晶器进出水温度，可以保证在冶炼过程中冷却强度不发生突然变化，进而能使制得的铸锭具有薄而均匀的渣皮，能够有效提高钢锭的表面质量。

作为又一优化，还包括4）：步骤3）冶炼结束后，对钢锭进行分级小电流补缩，先于4000~4200A电流下补缩4~5分钟，再于2500~2800A电流下补缩3~4分钟，最后于1000~1300A电流下补缩2~3分钟。采用这样的补缩方法，能够使钢锭实现丰满的补缩效果，提高电渣锭成材率，克服现有技术中铁锰合金成材率低下的问题。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明针对铁锰合金的熔点和杂质种类性质，首先选择出比合金熔点低100~200℃、可实现对铁锰合金中不同杂质进行选择性去除可控精炼的电渣，所述的渣系组份中氟化钙：氧化铝：氧化钙的质量介于6:2:2与7:1.5:1.5之间，采用这样比例组份的熔渣不仅熔点低，钢渣界面张力大，钢渣分离好；且熔渣不易吸气，对去除钢中脆性夹杂物、氧化物、硫化物效果明显。采用本发明工艺熔炼过程稳定，所得到的钢锭具有组织致密，表面光洁，锻造塑性好的特点。不仅如此，本发明还设计出适用于铁锰合金的冶炼电流、冶炼电压和熔化速率，在冶炼重熔中柱状晶生长有利于轴向性发展，二次枝晶间距小，偏析小，使制得的铸锭热加工塑性好，提高了组织性能和热塑性，获得的钢锭成分均匀、纯净度高、组织致密，在热加工过程中不易开裂。利用本发明工艺制得的铁锰合金钢纯净度高、铸态组织好、高温塑性强、钢锭表面光滑、成材率高达93%，制好的合金钢锭良好的满足了成分要求。

2、本发明方法制得的合金钢锭氧含量低，夹杂物细小分散，疏松度为0~0.5，锻造性能好，易于锻造，锻造过程中不易开裂，具有良好的组织性能，应用前景好。

3、本发明方法易于操作，无需使用特殊的操作仪器或工具，市场推广前景好，且本发明方法操作时间短，提高了生产效率和商品附加值。

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。

下述实施例所用Fe-Mn合金自耗电极为中频感应炉冶炼，表面经砂磨处理。用∮160mm自耗电极，重熔成∮300mm电渣锭。

实施例1 电渣重熔生产铁锰合金的方法

一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，包括如下步骤：

1）采用如下重量份组分的电渣：60份CaF₂ 、15份Al₂O₃ 和15份CaO；将所述电渣于500℃下干燥12小时；

2）将自耗电极焊接在假电极上，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1）干燥后的电渣，装配好电渣重熔炉，设置电压60V、电流3000 A通电起弧，建立渣池；其中，所述电渣的添加量30kg，所述脱氧剂为质量比为3:2的锰铁粉和铝粉，所述脱氧剂与所述电渣的质量比为3：200；

3）步骤2）渣池建立后，调节冶炼电流I=5600A，冶炼电压U=48V，熔化速率V=22Kg/min，在氩气保护下对所述自耗电极进行电渣重熔，冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧；其中，所述锰铁粉270g、铝粉180g，在冶炼过程中以2g/min的速度添加锰铁粉和铝粉；冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在46℃，进水温度25℃；

4）步骤3）冶炼结束后，对钢锭进行分级小电流补缩，先于4000A电流下补缩4分钟，再于2500A电流下补缩3分钟，最后于1000A电流下补缩2分钟。

对本实施例制得的电渣重熔锭质量进行检测，结果如下表1所示。由下表1可以看出，采用本实施例方法制得的铁锰合金钢锭与自耗电极相比，得到的电渣钢锭氧含量显著降低，钢中的非金属夹杂物、氧化物、硫化物明显降低，热锻性能提高，锻造塑性好成材率高。

表1 电渣重熔前后对比

类 别	氧含量[O]%	非金属夹杂物	氧化物	硫化物	锻造性能
						自耗电极	0.00297	集中，粗大	1.0	1.5	差，易开裂
重熔钢锭	0.00153	细小，分散	0.5	0.5	好，易锻造

实施例2 电渣重熔生产铁锰合金的方法

一种Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，包括如下步骤：

1）采用如下重量份组分的电渣：63份CaF₂ 、18份Al₂O₃ 和19份CaO；将所述电渣于700℃下干燥9小时；

2）将自耗电极焊接在假电极上，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1）干燥后的电渣，装配好电渣重熔炉，设置电压60 V、电流3000 A通电起弧，建立渣池；其中，所述电渣的添加量30kg，所述脱氧剂为质量比为2:1的锰铁粉和铝粉，所述脱氧剂与所述电渣的质量比为5：300 ；

3）步骤2）渣池建立后，调节冶炼电流I=5800A，冶炼电压U=45V，熔化速率V=20kg/min，在氩气保护下对所述自耗电极进行电渣重熔，冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧；其中，其中，所述锰铁粉340g、铝粉160g，在冶炼过程中以2g/min的速度添加锰铁粉和铝粉；冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在50℃，进水温度29℃；

4）步骤3）冶炼结束后，对钢锭进行分级小电流补缩，先于4300A电流下补缩4分钟，再于2700A电流下补缩3分钟，最后于1300A电流下补缩2分钟。

对本实施例制得的电渣重熔锭质量进行检测，结果如下表2所示，由下表2可以看出，采用本实施例方法制得的铁锰合金钢锭与自耗电极相比，得到的电渣钢锭氧含量显著降低，钢中的非金属夹杂物、氧化物、硫化物明显降低，热锻性能提高，锻造塑性好成材率高。

表2 电渣重熔前后对比

类 别	氧含量[O]%	非金属夹杂物	氧化物	硫化物	锻造性能
						自耗电极	0.00286	集中，粗大	1.0	1.5	差，易开裂
重熔钢锭	0.00131	细小，分散	0.5	0.5	好，易锻造

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Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）采用如下重量份组分的电渣：60~70份CaF₂、15～20份Al₂O₃和15～20份CaO；将所述电渣于500~700℃下干燥9~12小时；

2）将自耗电极焊接在假电极上，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入脱氧剂和步骤1）干燥后的电渣，装配好电渣重熔炉，设置电压57～60 V、电流3000～3500 A通电起弧，建立渣池；其中，所述电渣的添加量为G渣=G锭/（18~22）kg，所述脱氧剂为质量比1.5~3.0: 1.0~2.0的锰铁粉和铝粉，所述脱氧剂与所述电渣的质量比为3~5: 200~300；

3）步骤2）渣池建立后，调节冶炼电流I=（0.15～0.25）×D结 A，冶炼电压U=0.5×D结+(26～33)V，熔化速率V=(0.6～0.8) D结 kg/min，对所述自耗电极进行电渣重熔，冶炼过程中加入锰铁粉和铝粉进行脱氧；其中，所述锰铁粉、铝粉和自耗电极的质量比为0.2~0.4:0.5~0.8:1000；其中，所述D结为结晶器的直径，单位为m。

2.根据权利要求1所述Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，其特征在于，步骤1）中所述电渣包括如下重量份的组分：65份CaF₂ 、17份Al₂O₃ 和18份CaO。

3.根据权利要求1所述Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，其特征在于，步骤3）在冶炼过程中以1~3g/min的速度添加锰铁粉和铝粉。

4.根据权利要求1所述Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，其特征在于，步骤3）冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器出水温度在40~60℃，进水温度≤30℃。

5.根据权利要求1所述Fe-Mn合金的电渣重熔制备方法，其特征在于，还包括4）：步骤3）冶炼结束后，对钢锭进行分级小电流补缩，先于4000~4500A电流下补缩4~6分钟，再于2500~3000A电流下补缩3~5分钟，最后于1000~1500A电流下补缩2~3分钟。