CN109680120A - 一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法，生产自耗电极时，对用转炉或电炉生产的钢水采用纯铝、铝合金、镁钙合金当中的一种或几种对钢液进行脱氧处理，盛装钢液的钢包采用镁质耐火材料捣打钢包，钢包内的钢水在进行完深脱氧及合金化后，在钢包内加入镁质碱性覆盖剂；2)对自耗电极表面采用喷丸或酸洗的方式除锈去污处理，铝涂在自耗电极的表面；3)对渣料中带入的不稳定氧化物进行清除处理；4)在底水箱上撒引燃渣块，处理后的渣料加入到结晶器内。优点是：将钢锭中的全氧含量由原来的平均25ppm降低至平均15ppm，大幅提高了电渣钢锭洁净度，为高附加值钢种的开发创造了良好条件。

Description

一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法

技术领域

本发明属于电渣重熔冶金技术领域，尤其涉及一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法。

背景技术

由于非金属夹杂物的存在，严重的影响了钢的强度、塑性等力学性能。大量实践表明，钢中的非金属夹杂物主要是以氧化物为主，钢中氧化物夹杂含量与氧含量是有着一一对应关系的，为了提高钢液的洁净度，就要设法降低钢液中的氧含量。电渣重熔作为一种精炼手段在生产优质钢方面具有独特的优点，能够有效的去除钢中的非金属夹杂物。但当自耗电极中的氧含量较低时(小于15ppm)，电渣重熔过程往往容易造成最终钢锭氧含量升高，其整个冶金过程控制不当，反而会成为一个增氧过程。通过分析可知，重熔过程中增氧主要是以下几方面原因引起的：1)原始电极钢中溶解的氧及电极中不稳定的氧化物在高温时分解放出的氧；2)电极表面生成的氧化铁皮随电极的重熔带入渣中的氧；3)氧直接从大气中通过渣池转移到金属熔池；4)渣中不稳定氧化物及水分带入金属熔池中的氧。

针对上述增氧的原因，进行了相关措施制定，例如文献“电渣重熔过程中氧含量的控制”(《材料与冶金学报》2009年第8卷1期)对上述原因进行了论述，并提出了相应措施，但其效果都不是很理想。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法，能够将重熔钢锭的全氧含量进行稳定控制，降低钢液中的全氧含量，使得钢锭质量得到进一步提升。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：自耗电极制备与处理

1)生产自耗电极时，为了降低自耗电极中溶解的氧及不稳定氧化物含量，对用转炉或电炉生产的钢水采用纯铝、铝合金、镁钙合金当中的一种或几种对钢液进行脱氧处理，禁止采用含Si含Ti的合金对钢液进行脱氧处理，以降低钢液中不稳定氧化物SiO₂、TiO2的含量；若钢种是对Si、Ti含量有要求的钢种，则在深脱氧结束后，再对钢液进行合金成分调整，同时，盛装钢液的钢包采用镁质耐火材料捣打钢包，钢包内的钢水在进行完深脱氧及合金化后，在钢包内加入镁质碱性覆盖剂，其镁质碱性覆盖剂层厚度在20～50mm；

2)对自耗电极表面采用喷丸或酸洗的方式除锈去污处理，表面清理干净后利用粒度号为14#～20#的砂轮对自耗电极的表面进行粗磨处理，提高自耗电极的表面粗糙度Ra，将其粗糙度Ra控制在200～400；金属电弧热喷涂或冷涂抹的方式将铝涂在自耗电极的表面，其涂层厚度控制在0.2～0.5mm，高温下喷涂在自耗电极上的铝会氧化成致密的Al₂O₃保护层，防止自耗电极表面氧化；

步骤二：过程渣料处理

1)对渣料中带入的不稳定氧化物进行清除处理，不稳定氧化物包括FeO和SiO₂，具体做法如下：将渣料装入到矿热炉内，然后利用石墨电极对渣料进行加热将其熔化，在渣料全部熔化后，将其渣液的温度升高到1500～1700℃，并在此温度范围内保持30～90min，在此过程按熔渣总重量的0.5％～1％向渣液中加入铝铁合金，所述的铁铝合金中含铝质量百分含量为5％～15％，用于去除渣液中的SiO₂；

2)将要用的渣料放入到渣盘当中，渣料要平铺展开，然后将渣料放入到烘烤炉当中进行烘烤；为了防止温度突然升高，渣料粉化，初始烘烤温度控制在200～300℃，烘烤时间控制在2～5小时，将渣料中吸收的水分充分去除，之后将烘烤温度调整到600～900℃，烘烤时间控制在3～6小时，将渣料中结合的结晶水充分去除，在渣料加入到电渣重熔炉内时，要保证渣料的温度不低于300℃；

步骤三：自耗电极熔化过程控制

1)将经过步骤一处理后的自耗电极夹持到电渣炉上之后，在结晶器内的底水箱上表面撒粒径为10～30mm的引燃渣块，并将其厚度控制在50～150mm，为了稳定初始过程形成的电弧，在引燃渣块之间的缝隙内撒入50～100目的铁屑，之后再将步骤二处理后的渣料加入到结晶器内，加入渣料高度按自耗电极直径的0.4～1.5倍控制，渣料加入到结晶器内后到自耗电极通电的时间间隔要小于3min；

2)将自耗电极下降到与引燃渣块接触的位置，对自耗电极进行给电作业，初始的电流和电压分别控制在5000～7000A，40～80V；

3)在渣料全部熔化后，将过程电流和电压分别控制在4000～6000A，40～60V，同时从结晶器的上部向结晶器内通入氩气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明控制方法能够将钢锭中的全氧含量由原来的平均25ppm降低至平均15ppm，大幅提高了电渣钢锭洁净度，为高附加值钢种的开发创造了良好条件。

具体实施方式

下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

一种电渣过程中钢锭全氧含量的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：自耗电极制备与处理

1)生产自耗电极时，为了降低自耗电极中溶解的氧及不稳定氧化物含量，对用转炉或电炉生产的钢水采用纯铝、铝合金、镁钙合金当中的一种或几种对钢液进行脱氧处理，禁止采用含Si含Ti的合金对钢液进行脱氧处理，以降低钢液中不稳定氧化物SiO₂、TiO₂的含量；若钢种是对Si、Ti含量有要求的钢种，则需深脱氧结束后，再对钢液进行合金成分调整，同时，盛装钢液的钢包应采用镁质耐火材料捣打钢包，钢包内的钢水在进行完深脱氧及合金化后，在钢包内需要加入镁质碱性覆盖剂，其加入量控制在覆盖剂层厚度在20～50mm；

2)对自耗电极表面采用喷丸或酸洗的方式除锈去污处理，表面清理干净后利用粒度号为14#～20#的砂轮对自耗电极的表面进行粗磨处理，提高自耗电极的表面粗糙度Ra，将其粗糙度Ra控制在200～400；金属电弧热喷涂或冷涂抹的方式将铝涂在自耗电极的表面，其涂层厚度控制在0.2～0.5mm，高温下喷涂在自耗电极上的铝会氧化成致密的Al₂O₃保护层，防止自耗电极表面氧化；

步骤二：过程渣料处理

1)由于电渣重熔用的渣料其生产原料主要为萤石，而萤石中都含有一定量的SiO₂，在高温的作用下SiO₂会与自耗电极中的合金元素发生反应，导致最终钢锭中全氧含量升高；因此，需要对渣料中带入的不稳定氧化物(主要是FeO和SiO₂)进行清除处理，具体做法如下：

将渣料装入到矿热炉内，然后利用石墨电极对渣料进行加热将其熔化，在渣料全部熔化后，将其渣液的温度升高到1500～1700℃，并在此温度范围内保持30～90min，在此过程按熔渣总重量的0.5％～1％向渣液中加入铝铁合金，所述的铁铝合金含铝质量百分含量为5％～15％的，用于去除渣液中的SiO₂；

2)将要用的渣料放入到渣盘当中，渣料要平铺展开，然后将渣料放入到烘烤炉当中进行烘烤。为了防止温度突然升高，渣料粉化，初始烘烤温度应该控制在200～300℃，烘烤时间控制在2～5小时，将渣料中吸收的水分充分去除，之后将烘烤温度调整到600～900℃，烘烤时间控制在3～6小时，将渣料中结合的结晶水充分去除，在渣料加入到电渣重熔炉内时，要保证渣料的温度不低于300℃；

步骤三：自耗电极熔化过程控制

1)将经过步骤一处理后的自耗电极夹持到电渣炉上之后，在结晶器内的底水箱上表面撒入粒径为10～30mm的引燃渣块，为了稳定初始过程形成的电弧，在引燃渣块之间的缝隙内撒入50～100目的铁屑，之后再将步骤二处理后的渣料加入到结晶器内，加入渣料高度按自耗电极当量直径的0.4～1.5倍控制，渣料加入到结晶器内后到自耗电极通电的时间间隔要小于3min；

2)将自耗电极下降到前端面与引燃渣块接触的位置，对自耗电极进行给电作业，初始的电流和电压分别控制在5000～7000A，40～80V；

3)在渣料全部熔化后，将过程电流和电压分别控制在4000～6000A，40～60V，同时从结晶器的上部向结晶器内通入氩气。

实施例1：

在生产模具钢时，电渣过程中钢锭全氧含量的控制方法包括以下步骤：

步骤一：

1)对生产自耗电极的钢水采用了纯铝脱氧，之后进行合金化处理，盛装钢水的钢包采用是镁质耐火材料捣打钢包，钢液处理后，在钢包内加入厚度为30mm的碱性镁质覆盖剂；

2)对自耗电极的表面采用了喷丸除锈去污处理，用粒度号为14#的砂轮对电极表面进行打磨，将其粗糙度Ra控制在300，利用金属电弧喷涂法在打磨的自耗电极表面喷涂上厚为0.3mm的铝，高温下形成Al₂O₃保护层；

步骤二：

1)将渣料装入到矿热炉内，然后利用石墨电极对渣料进行加热将其熔化，在渣料全部熔化后，将其渣液的温度升高到1600℃，并在此温度范围内保持50min，在此过程按熔渣总重量的0.6％向渣液中加入含铝量为8％铝铁合金，来去除渣液中的SiO₂；

2)对渣料进行初始烘烤，烘烤温度控制在240℃，烘烤时间控制在3小时，将渣料中吸收的水分充分去除，之后将烘烤温度调整到700℃，烘烤时间控制在5小时，将渣料中结合的结晶水充分去除，渣料在加入到电渣重熔炉内使用时，渣料的温度为350℃。

步骤三：

1)将经过步骤一处理后的自耗电极夹持到电渣炉上之后，在结晶器内的底水箱上表面撒入粒径为20mm的引燃渣块，在引燃渣块之间的缝隙内撒入60目的铁屑，加入渣料高度按自耗电极当量直径的0.5倍控制，渣料加入到结晶器内后到自耗电极通电的时间间隔为2min；

2)将自耗电极下降到前端面与引燃渣块接触的位置，对自耗电极进行给电作业，初始的电流和电压分别控制在5500A，60V；

3)在渣料全部熔化后，将过程电流和电压分别控制在4500A，50V，同时从结晶器的上部向结晶器内通入氩气。

通过各环节的控制钢锭中的全氧含量与没有经过控制的比较如表1所示。

表1钢锭全氧含量变化情况(wt％)

实施例2：

在生产轴承钢时，电渣过程中钢锭全氧含量的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：

1)对生产自耗电极的钢水采用了纯铝脱氧，之后进行合金化处理，盛装钢水的钢包采用镁质耐火材料捣打钢包，钢液处理后，在钢包内加入了厚度为40mm的碱性镁质覆盖剂；

2对自耗电极的表面采用了酸洗除锈去污处理，用粒度号为16#的砂轮对电极表面进行打磨，将其粗糙度Ra控制在240，利用金属电弧喷涂法在打磨的自耗电极表面喷涂上厚为0.2mm的铝，高温下形成Al₂O₃保护层；

步骤二：

1)将渣料装入到矿热炉内，然后利用石墨电极对渣料进行加热将其熔化，在渣料全部熔化后，将其渣液的温度升高到1650℃，并在此温度范围内保持40min，在此过程按熔渣总重量的0.7％向渣液中加入含铝量为10％铝铁合金，来去除渣液中的SiO₂；

2)对渣料进行初始烘烤，烘烤温度控制在260℃，烘烤时间控制在4小时，将渣料中吸收的水分充分去除，之后将烘烤温度调整到800℃，烘烤时间控制在3小时，将渣料中结合的结晶水充分去除，渣料在加入到电渣重熔炉内使用时，渣料的温度为380℃。

步骤三：

1)将经过步骤一处理后的自耗电极夹持到电渣炉上之后，在结晶器内的底水箱上表面撒入粒径为15mm的引燃渣块，在引燃渣块之间的缝隙内撒入80目的铁屑，加入渣料高度按自耗电极当量直径的1倍控制，渣料加入到结晶器内后到自耗电极通电的时间间隔为1min；

2)将自耗电极下降到前端面与引燃渣块接触的位置，对自耗电极进行给电作业，初始的电流和电压分别控制在6000A，65V；

3)在渣料全部熔化后，将过程电流和电压分别控制在5000A，60V，同时从结晶器的上部向结晶器内通入氩气。

通过各环节的控制钢锭中的全氧含量与没有经过控制的比较如表2所示：

表2钢锭全氧含量变化情况(wt％)

采用上述实施例方法降低了钢液中的全氧含量，使得钢锭质量得到进一步提升。

Claims (1)

1.一种电渣重熔过程中钢锭全氧含量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：自耗电极制备与处理

1)生产自耗电极时，为了降低自耗电极中溶解的氧及不稳定氧化物含量，对用转炉或电炉生产的钢水采用纯铝、铝合金、镁钙合金当中的一种或几种对钢液进行脱氧处理，禁止采用含Si含Ti的合金对钢液进行脱氧处理，以降低钢液中不稳定氧化物SiO₂、TiO2的含量；若钢种是对Si、Ti含量有要求的钢种，则在深脱氧结束后，再对钢液进行合金成分调整，同时，盛装钢液的钢包采用镁质耐火材料捣打钢包，钢包内的钢水在进行完深脱氧及合金化后，在钢包内加入镁质碱性覆盖剂，其镁质碱性覆盖剂层厚度在20～50mm；

2)对自耗电极表面采用喷丸或酸洗的方式除锈去污处理，表面清理干净后利用粒度号为14#～20#的砂轮对自耗电极的表面进行粗磨处理，提高自耗电极的表面粗糙度Ra，将其粗糙度Ra控制在200～400；金属电弧热喷涂或冷涂抹的方式将铝涂在自耗电极的表面，其涂层厚度控制在0.2～0.5mm，高温下喷涂在自耗电极上的铝会氧化成致密的Al₂O₃保护层，防止自耗电极表面氧化；

步骤二：过程渣料处理

1)对渣料中带入的不稳定氧化物进行清除处理，不稳定氧化物包括FeO和SiO₂，具体做法如下：将渣料装入到矿热炉内，然后利用石墨电极对渣料进行加热将其熔化，在渣料全部熔化后，将其渣液的温度升高到1500～1700℃，并在此温度范围内保持30～90min，在此过程按熔渣总重量的0.5％～1％向渣液中加入铝铁合金，所述的铁铝合金中含铝质量百分含量为5％～15％，用于去除渣液中的SiO₂；

2)将要用的渣料放入到渣盘当中，渣料要平铺展开，然后将渣料放入到烘烤炉当中进行烘烤；为了防止温度突然升高，渣料粉化，初始烘烤温度控制在200～300℃，烘烤时间控制在2～5小时，将渣料中吸收的水分充分去除，之后将烘烤温度调整到600～900℃，烘烤时间控制在3～6小时，将渣料中结合的结晶水充分去除，在渣料加入到电渣重熔炉内时，要保证渣料的温度不低于300℃；

步骤三：自耗电极熔化过程控制

1)将经过步骤一处理后的自耗电极夹持到电渣炉上之后，在结晶器内的底水箱上表面撒粒径为10～30mm的引燃渣块，并将其厚度控制在50～150mm，为了稳定初始过程形成的电弧，在引燃渣块之间的缝隙内撒入50～100目的铁屑，之后再将步骤二处理后的渣料加入到结晶器内，加入渣料高度按自耗电极直径的0.4～1.5倍控制，渣料加入到结晶器内后到自耗电极通电的时间间隔要小于3min；

2)将自耗电极下降到与引燃渣块接触的位置，对自耗电极进行给电作业，初始的电流和电压分别控制在5000～7000A，40～80V；

3)在渣料全部熔化后，将过程电流和电压分别控制在4000～6000A，40～60V，同时从结晶器的上部向结晶器内通入氩气。