CN108411186A - 一种超临界发电机组用c12a钢熔炼浇注工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁制造技术领域，具体涉及一种超临界发电机组用C12A钢熔炼浇注工艺。本发明选择空气湿度低于60%的工作环境；为降低环境湿度对钢中含氢量的影响，选择空气湿度低于60%的干燥天气进行熔炼浇注；并通过对C12A成分的分析和优化，制定合理的熔炼浇注工艺，并在过程中采取一系列有效过程控制措施，消除或减少因冶炼浇注工艺不当产生的气孔、夹渣等缺陷，确保铸件质量。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁制造技术领域，具体涉及一种超临界发电机组用C12A钢熔炼浇注工艺。
背景技术
超临界发电机组，与我国目前占绝大部分比例的亚临界发电机组相比，具有发电热效率高、单位能耗低和能源较为清洁等优点。发展超临界发电技术，是我国电力行业实现节能、环保和高效的国家宏观政策目标的必由之路，也是目前火电机组国际发展的前沿。超临界发电机组的发展，关键技术在于材料，C12A具有良好的抗高温氧化性能和高温蠕变强度及良好的塑性和加工性能，使其成为首先材料。但是目前的C12A具有熔炼和浇注工艺难度较大的问题。由于C12A钢含有的合金元素种类多，化学成分范围窄，合金加入量大，熔炼的时间长，钢水极易吸气，且钢液中存在一定的固溶气体，铸件易出现气孔。该钢种钢液的流动性差，极易氧化形成夹渣物影响铸件内在质量。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种超临界发电机组用C12A钢熔炼浇注工艺。
本发明通过对超临界材料C12A的成分优化，采取合理的熔炼浇注工艺，消除或减少因冶炼浇注工艺不当产生的缺陷（主要是气孔），确保铸件质量。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种超临界发电机组用C12A钢熔炼浇注工艺，包括以下步骤：
选择空气湿度低于60%的工作环境；为降低环境湿度对钢中含氢量的影响，选择空气湿度低于60%的干燥天气进行熔炼浇注；
首先对原材料和辅料进行烘烤；其中，纯铁、铬铁、钼铁、氮化铬铁的烘烤温度≥800℃，时间不小于4h；钒铁、铌铁和脱氧剂的烘烤温度≥200℃，时间不小于2h；造渣用的石灰的烘烤温度为800～850℃，烘烤不小于0.5h；萤石在200～300℃烘烤0.5h后使用；并且对烘烤好的铁合金和辅料做到随取随用，以免降温过多和吸收气体及水；
中频炉装料前，炉底先垫入钢水重量0.8-1.2%的石灰和萤石；以便在溶化初期形成炉渣，从而保护钢液不裸露，防止其吸气；
在炉料中配入一定量的硅和锰；以降低铬的氧化数量；配料时经过精心的计算，选用低硫磷的铁合金或纯金属来保证P、S的含量不超标。为了减少N的溢出，需在钢水充分脱氧后才能加入氮化铬铁；
采用脱氧剂对钢水进行去气脱氧处理，同时采用AOD精炼炉对钢水进行二次精炼、深脱硫处理，并同时为防止Cr含量高引起的铸造夹渣等铸造缺陷的产生；在钢水的脱氧的处理上，因C12A钢对Al元素有控制范围，传统以加Al来进行脱氧的方式不再可行，因此，本申请采用复合脱硫剂进行脱氧
浇注用钢包使用前烘烤使其温度至800℃以上；降低钢水的温降速率，确保镇静吹氩后的钢水满足浇注要求；
出钢时，在钢包内吹入氩气对钢水进行净化，便于排出钢水中的夹渣物和氧气、氢气等气体；使钢水尽量纯净。并在铸型内在浇注前吹入一定量的氩气，使浇入的钢水不产生吸气氧化，减少铸件缺陷的产生；
C12A钢液具有粘度大、流动性差、铬氧化合物多等特点，因此采用高温较快速浇注比较有利。
浇注时利用氩气气流保护注流装置，将注流与大气隔离，减轻了钢液的二次氧化。浇注后为保证冒口区内的钢液最后凝固，采用浇注过程补缩操作、使用发热冒口和发热剂等；
最后，钢水包含C：0.08～0.12%，Si：0.20～0.40%，Mn：0.40～0.60%，P≤0.025%，S≤0.010%，Cr：8.0～9.0%，Mo：0.85～1.00%，Nb：0.75～0.10%，V：0.20～0.25%，N：0.03～0.06%，Al≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
最终得到的钢水中包含C：0.08～0.12%，Si：0.20～0.40%，Mn：0.40～0.60%，P≤0.025%，S≤0.010%，Cr：8.0～9.0%，Mo：0.85～1.00%，Nb：0.75～0.10%，V：0.20～0.25%，N：0.03～0.06%，Al≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
Cr是高温合金最基本的元素，能改善钢的抗氧化性和淬透性，对钢的高温蠕变强度也有重要的贡献，但Cr是铁素体形成主要元素，含量过高会导致δ～铁素体含量的增加，增加钢材的开裂倾向。
C是扩大奥氏体区域的元素，提高钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性。随着含C量的增加，钢的裂纹倾向增大，铸钢件的切割及焊接性能恶化。
Mo是钢中重要的强化元素，能提高钢的热强性，增加回火稳定性，防止回火脆性，提高钢在高温下的松弛稳定性，提高材料的使用温度。但过高的Mo会促进δ～铁素体的形成，带来不利影响。
Mn、Si是钢中的基本元素，Si作为脱氧元素主要起降低钢种含氧量的作用，但Cr与Si易形成符合化合物，大大增加材料的脆性，尽量控制在下限；Mn主要起仰制钢中硫的危害和脱氧双重作用，含量控制在上限。
Nb、V是强碳氮化物形成元素，与C、N元素亲和力特强，易形成高稳定性的NbC、NbN和VC、VN化合物，对合金起着时效沉淀强化作用。它们能增加材料抗晶间腐蚀性能，提高材料韧性和屈服强度，降低脆性转变温度，使之具有良好的室温和高温性能。
N是强烈形成和稳定奥氏体的元素，在C12A钢中作为一种重要的元素存在，而不是杂质。N能形成氮化铬Cr2N和CrN，还能形成碳氮化合物，可以仰制碳化物的析出，降低其有害作用。N可以改善C12A钢的组织，提高其致密性，提高其高温蠕变和持久强度。为了充分固氮需要，对Nb、V、N的含量加以控制，要求（Nb+V）/N＞4。
P、S在C12A中是作为有害元素的存在，特别是硫和硫化物是C12A材料持久塑性降低的主要原因，因此，P、S含量控制在下限。
作为进一步的优选方案，所述钢水镍含量为0。
Ni是奥氏体形成元素，抑制高温δ～铁素体形成，但会降低钢的临界点，使蠕变断裂强度降低，同时还增加成本，因此，在C12A钢熔炼中不加镍。
作为进一步的优选方案，所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂按重量百分比为Re18-20%，Si20-30%，Ca30-35%，Ba5-8%，Al9-11%，Mg1.5-3%，Ti3-5%，Sr0.2-0.3%，C0.03%，活性物余量。
在钢水的脱氧的处理上，因C12A钢对Al元素有控制范围，传统以加Al来进行脱氧的方式不再可行，因此，本申请采用复合脱硫剂进行脱氧。
作为进一步的优选方案，所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂按重量百分比为Re19-20%，Si27-30%，Ca33-35%，Ba5-6%，Al9-10%，Mg1.5-2%，Ti3-4%，Sr0.2-0.3%，C0.03%，活性物余量。
作为进一步的优选方案，所述活性物为稀土元素镧。
作为进一步的优选方案，所述复合脱氧剂还包括重量百分比为0.5-2%的钐。
作为进一步的优选方案，浇注用钢包采用漏底包。
本发明与现有技术相比，有益效果是：通过对C12A成分的分析和优化，制定合理的熔炼浇注工艺，并在过程中采取一系列有效过程控制措施，消除或减少因冶炼浇注工艺不当产生的气孔、夹渣等缺陷，确保铸件质量。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种超临界发电机组用C12A钢熔炼浇注工艺，包括以下步骤：
选择空气湿度低于60%的工作环境；
首先对原材料和辅料进行烘烤；其中，纯铁、铬铁、钼铁、氮化铬铁的烘烤温度≥800℃，时间不小于4h；钒铁、铌铁和脱氧剂的烘烤温度≥200℃，时间不小于2h；造渣用的石灰的烘烤温度为800～850℃，烘烤不小于0.5h；萤石在200～300℃烘烤0.5h后使用；
中频炉装料前，炉底先垫入钢水重量0.8-1.2%的石灰和萤石；
在炉料中配入一定量的硅和锰；
采用脱氧剂对钢水进行去气脱氧处理，同时采用AOD精炼炉对钢水进行二次精炼、深脱硫处理，并同时为防止Cr含量高引起的铸造夹渣等铸造缺陷的产生
浇注用钢包采用漏底包，使用前烘烤使其温度至800℃以上；
出钢时，在钢包内吹入氩气对钢水进行净化，便于排出钢水中的夹渣物和氧气、氢气等气体；
最终的钢水具体含量见表1。
所述钢水镍含量为0。
所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂具体见表2。
实施例2：
具体工艺与实施例1相同，钢水具体含量及参数见表1。
所述钢水镍含量为0。
所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂具体见表2。
实施例3：
具体工艺与实施例1相同，钢水具体含量及参数见表1。
所述钢水镍含量为0。
所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂具体见表2。
实施例4：
具体工艺与实施例1相同，钢水具体含量及参数见表1。
所述钢水镍含量为0。
所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂具体见表2。
对比例1
以原工艺得到的钢水含量及参数见表1；
对比例2
以原工艺得到的钢水含量及参数见表1；
对比例3
以原工艺得到的钢水含量及参数见表1；
表1：最终钢水含量：
表2：复合脱氧剂的配比：
新工艺的C12A材料中的O、H含量低于70ppm、1ppm，在O、H含量低于70ppm、1ppm时，铸件不易产生气孔缺陷；
并且根据制备的产品结果得知，新工艺的铸件气泡较少。
同时实施例4中由于加入了少量的钐，使得可以加入更多的硅用以降低氧含量，并且钐的加入降低了硅的过多加入带来的负面影响。
Claims (9)
1.一种超临界发电机组用C12A钢熔炼浇注工艺，其特征在于，包括以下步骤：
选择空气湿度低于60%的工作环境；
首先对原材料和辅料进行烘烤；其中，纯铁、铬铁、钼铁、氮化铬铁的烘烤温度≥800℃，时间不小于4h；钒铁、铌铁和脱氧剂的烘烤温度≥200℃，时间不小于2h；造渣用的石灰的烘烤温度为800～850℃，烘烤不小于0.5h；萤石在200～300℃烘烤0.5h后使用；
中频炉装料前，炉底先垫入钢水重量0.8-1.2%的石灰和萤石；
在炉料中配入一定量的硅和锰；
采用脱氧剂对钢水进行去气脱氧处理，同时采用AOD精炼炉对钢水进行二次精炼、深脱硫处理，并同时为防止Cr含量高引起的铸造夹渣等铸造缺陷的产生；
浇注用钢包使用前烘烤使其温度至800℃以上；
出钢时，在钢包内吹入氩气对钢水进行净化，便于排出钢水中的夹渣物和氧气、氢气等气体；
最后，钢水包含C：0.08～0.12%，Si：0.20～0.40%，Mn：0.40～0.60%，P≤0.025%，S≤0.010%，Cr：8.0～9.0%，Mo：0.85～1.00%，Nb：0.075～0.10%，V：0.20～0.25%，N：0.03～0.06%，Al≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，最终得到的钢水中包含C：0.08～0.12%，Si：0.20～0.40%，Mn：0.40～0.60%，P≤0.025%，S≤0.010%，Cr：8.0～9.0%，Mo：0.85～1.00%，Nb：0.075～0.10%，V：0.20～0.25%，N：0.03～0.06%，Al≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述钢水镍含量为0。
4.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂按重量百分比为Re18-20%，Si20-30%，Ca30-35%，Ba5-8%，Al9-11%，Mg1.5-3%，Ti3-5%，Sr0.2-0.3%，C0.03%，活性物余量。
5.加入量按钢水比例的0.05% 加入。
6.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述脱氧剂为复合脱氧剂，复合脱氧剂按重量百分比为Re19-20%，Si27-30%，Ca33-35%，Ba5-6%，Al9-10%，Mg1.5-2%，Ti3-4%，Sr0.2-0.3%，C0.03%，活性物余量。
7.根据权利要求4或5所述的工艺，其特征在于，所述活性物为稀土元素镧矿。
8.根据权利要求4或5所述的工艺，其特征在于，所述复合脱氧剂还包括重量百分比为0.5-2%的钐。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，浇注用钢包采用漏底包。
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