CN110055428A

CN110055428A - 一种电渣重熔过程硼合金化的方法

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Publication number: CN110055428A
Application number: CN201910467868.5A
Authority: CN
Inventors: 钱德桥; 钱强; 常立忠
Original assignee: Ma'anshan Chabridge Metal Material Co Ltd
Current assignee: Ma'anshan Chabridge Metal Material Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN110055428B

Abstract

本发明公开了一种电渣重熔过程硼合金化的方法，涉及电渣重熔技术领域。本发明在电渣重熔过程中，金属自耗电极插入渣池开始进行重熔后，将由Al‑B‑Fe组成的含硼合金加入至渣池中，从而对金属自耗电极的钢进行硼合金化。本发明通过将含硼合金加入至渣池中，使得含硼合金中的Al可以在B元素周围局部针对性地进行脱氧，避免B元素的加入过程中被氧化，进而提高B元素最终的收得率；另外由Al‑B‑Fe组成的含硼合金加入后可以迅速穿过渣池漂浮于渣池与熔池界面之间，一方面可以避免夹杂，另一方面有利于钢液的迅速合金化。

Description

一种电渣重熔过程硼合金化的方法

技术领域

本发明涉及电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种电渣重熔过程硼合金化的方法。

背景技术

电渣重熔作为一种特种冶金新技术，在特殊钢行业占据举足轻重的作用。经过电渣重熔后的钢锭，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀，该技术正在获得越来越广泛的应用，特别是在不锈钢、工具钢、模具钢等特种钢的冶炼方面应用更广。而其中，通过电渣重熔所生产的含硼钢种更是受到广泛应用，目前通过电渣重熔技术已经生产出含硼的超级奥氏体不锈钢、超级双相不锈钢、超级临界汽轮机机组用钢及其它含硼特种材料。

尽管电渣重熔技术有诸多优点，但是使用电渣重熔技术在生产含硼的钢种时存在硼元素容易被氧化的技术问题。在电渣重熔冶炼的过程中，重熔冶炼多在大气环境中进行，同时在渣池的高温辐射作用下，所以自耗电极容易在渣池中发生氧化进而导致渣池中氧化铁含量的上升；同时，硼是一种极易与氧结合的化学元素，而现有技术中多在金属自耗电极的生产过程中加入硼元素，所以在金属自耗电极的冶炼过程中，如果渣池中氧化铁含量过多，就容易导致金属自耗电极的中的硼元素在电渣重熔过程中被氧化，造成硼的烧损，降低其收得率。而目前也有研究采用装置真空或氩气保护的方式进行重熔冶炼，以隔绝大气中氧的进入，虽然该技术思路理论上可以提高含硼钢在电渣重熔过程硼的收得率，但是受限于电渣重熔的工艺设备条件，实现可靠真空或氩气保护的技术要求以及设备成本较高，不利于工业推广。综上所述，实现在大气下电渣重熔时保持硼的收得率稳定、减少硼的氧化以提高电渣锭的冶金质量意义重大。

经检索，发明名称为：一种稳定提高含硼电渣钢硼收得率的冶炼方法(申请号：201610357245.9，申请日：2016.05.25)，该专利技术方案的步骤为：(1)配制渣料，其由以下质量百分比成分组成：CaF2：54％～66％，Al2O3:19％～25％，CaO：8％～12％，MgO：3％～8％，BN：1％～3.8％；(2)用石墨电极化渣；(3)渣温达到1700℃～1800℃时，用金属电极开始重熔；(4)重熔过程中连续的加入适量Al粉、Si-Fe粉；该技术方案在重熔过程中所加入的Al粉和Si-Fe粉作为脱氧剂在一定程度上可以降低渣中的氧含量，但是硼元素从自耗电极进入渣池再进入熔池的过程较为漫长，硼元素在渣池中过长时间的停留就导致硼元素更容易被氧化；并且后续向渣池中加入的Al和Si-Fe等脱氧剂，其在渣池中分散分布，所以脱氧效果较为有限，如果此时加入过多的Al和Si-Fe等脱氧剂，又容易导致这些元素在成品中形成夹杂，所以该专利所采用的技术方案对提高含硼电渣钢硼收得率的效果并不理想。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对现有技术采用传统电渣重熔设备冶炼含硼钢种时，硼元素易被氧化导致钢中硼收得率低的技术问题，提供了一种电渣重熔过程硼合金化的方法；通过在重熔过程中加入由Al-B-Fe组成的含硼合金，可以有效减少硼的氧化，提高钢中硼的收得率。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，金属自耗电极冶炼过程中不加入B元素，而在后续的电渣重熔过程中，金属自耗电极插入渣池开始进行重熔后，将由Al-B-Fe组成的含硼合金加入至渣池中，进而实现金属自耗电极钢中硼的合金化；重熔过程中，当该含硼合金加入至渣池后，由于含硼合金的密度大于渣池中熔化的重熔渣的密度，所以含硼合金会穿过渣池，在穿过渣池的过程中含硼合金中的Al可以起到脱氧的作用，并且在含硼合金中，Al位于含硼合金中的B元素周边，从而针对性的避免B元素在穿过渣池的过程中被氧化；含硼合金穿过渣池到达渣池的底部后，由于渣池的阻挡作用，渣池底部的氧化作用最弱，可以避免B元素被氧化。另外，当含硼合金到达渣池的底部后，此时由于含硼合金的密度又小于下方金属熔池中钢液的密度，所以含硼合金会悬浮于渣池和金属熔池之间，而钢液-重熔渣界面的温度较高，所以含硼合金在此处不仅可以有效避免含硼合金沉入固液两相区形成夹杂，另外含硼合金在高温作用下可以迅速熔化至钢液中，进而完成硼的合金化。

进一步地，本发明的一种电渣重熔过程硼合金化方法的具体过程为：

步骤一、对重熔渣进行化渣，化渣过程中加入铝粉，重熔渣完全熔化后即完成化渣，并且形成渣池；

步骤二、重熔渣化渣后，将金属自耗电极插入渣池中，开始进行重熔；

步骤三、重熔过程中，分批次向渣池中加入铝粉和含硼合金，单批的铝粉和含硼合金加入过程中，先向渣池中加入铝粉，再向渣池中加入含硼合金；在加入含硼合金之前先加入铝粉，铝粉可以自上而下对渣池进行初步的脱氧，待铝粉在渣池中扩散一段时间后，使得渣池中氧化铁含量降低，从而进一步减少后续含硼合金加入过程中B元素的氧化，以提高所加入B的收得率；单批的铝粉和含硼合金加完后，使用同样的加入方式加入下一批次的铝粉和含硼合金；金属自耗电极消耗完后重熔结束，再制得成品钢锭。

优选地，由Al-B-Fe组成的含硼合金中元素的含量为：B:10％～15％，Al:50％～55％，其余为Fe；B作为合金元素使得金属自耗电极上的钢在电渣重熔的过程中得到硼合金化；Al作为脱氧元素在含硼合金中可以局部针对性地避免B元素被氧化，另外Al可以和Fe配合使用使得含硼合金达到合适的密度。

优选地，重熔渣的渣系组成为：CaF₂:60％～70％，Al₂O₃:10％～15％，CaO:20％～25％，B₂O₃:2％～5％；在重熔渣中添加适量的B₂O₃，可以有效抑制重熔过程中渣池内B元素的氧化，从而在含硼合金加入过程中，进一步抑制含硼合金中B元素的氧化。

优选地，步骤三中所加入的含硼合金的粒度为3～6mm，含硼合金合适的粒度控制可以改善含硼合金在渣池中的扩散效果，可以有效抑制含硼合金中B元素在渣池内的氧化；并且当含硼合金运动至熔池顶部后，该粒度设置有利于B元素在钢液中的迅速扩散进而实现钢的硼合金化；另外含硼合金的密度为4～5t/m³，含硼合金合适的密度控制有利于含硼合金在渣池中达到合理的的扩散速度，并且有利于含硼合金在渣池和熔池之间的悬浮定位。

优选地，步骤三中所加入的铝粉的尺寸为50～80目，铝粉合理的粒度控制有利于改善铝粉在渣池中扩散，进而使得铝粉在渣池内可以实现优良的脱氧效果，降低渣池内氧化铁含量，为后续含硼合金的加入创造优良的条件，有利于进一步抑制含硼合金中B元素的氧化。

优选地，步骤三中，铝粉和含硼合金的单批加入过程中，先向渣池中加入铝粉，间隔20～40s后，再向渣池中加入含硼合金，当渣池中加入铝粉并且扩散合适的时间后，铝粉降低了渣池中氧化铁的含量，抑制后续氧化铁对B的氧化。

优选地，步骤一中进行化渣的重熔渣的加入量为：

其中G为渣量，单位为kg；ρ为重熔渣密度，单位为g/cm³；D为结晶器直径，单位为cm；其中重熔渣的密度主要取决于重熔渣的渣系组成。

优选地，步骤三中，铝粉的总加入量为1.5～2.0kg/t钢，含硼合金吨钢的加入量为：

W_C＝k*1000*W_B/W_A

其中W_C为含硼合金吨钢的加入量，单位为kg；W_B为成品钢锭中硼元素的目标百分含量；W_A为含硼合金中硼元素的百分含量；其中k的取值范围为1.0～1.5。

优选地，步骤三中，单批的铝粉和含硼合金加入后，间隔3min再加入下一批次的铝粉和含硼合金，单批的含硼合金和铝粉加入量分别为：

W_B-1＝W_C*V_m/20

W_Al-1＝W_Al*V_m/20

其中，W_B-1为单批中含硼合金的加入量，单位为kg；W_Al-1为单批中铝粉的加入量，单位为kg；V_m为金属自耗电极熔化速率，单位为t/h。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

本发明的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，在电渣重熔过程中，金属自耗电极插入渣池开始进行重熔后，将由Al-B-Fe组成的含硼合金加入至渣池中，从而对金属自耗电极的钢进行硼合金化；将含硼合金加入至渣池中，使得含硼合金中的Al可以在B元素周围局部针对性地进行脱氧，避免B元素的加入过程中被氧化，进而提高B元素最终的收得率；另外由Al-B-Fe组成的含硼合金加入后可以迅速穿过渣池漂浮于渣池与熔池界面之间，一方面可以避免夹杂，另一方面有利于钢液的迅速合金化。

附图说明

图1为本发明的一种电渣重熔过程硼合金化的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；而且，各个实施例之间不是相对独立的，根据需要可以相互组合，从而达到更优的效果。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其在电渣重熔过程中，金属自耗电极插入渣池开始进行重熔后，将由Al-B-Fe组成的含硼合金加入至渣池中。其具体的步骤为：

步骤一、对重熔渣进行化渣，重熔渣完全熔化后即完成化渣，并且形成渣池；

步骤三、重熔过程中，分批次向渣池中加入铝粉和含硼合金，单批的加入过程中，先向渣池中加入铝粉，再向渣池中加入含硼合金；单批加完后，使用同样的加入方式加入下一批次的铝粉和含硼合金；金属自耗电极消耗完后重熔结束，再制得成品钢锭。

其中，由Al-B-Fe组成的含硼合金中元素的含量为：B:10％～15％，Al:50％～55％，其余为Fe；重熔渣的渣系组成为：CaF₂:60％～70％，Al₂O₃:10％～15％，CaO:20％～25％，B₂O₃:2％～5％；另外，步骤三中所加入的含硼合金的粒度为3～6mm，密度为4～5t/m³；尺寸为50～80目。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解。

实施例1

本实施例中所生产的钢种为S32205双相不锈钢，其B含量为0.001％～0.004％，本实施例中所生产的成品钢锭B的目标含量为0.003％。本实施例的具体生产步骤为：

步骤一、对重熔渣进行化渣，本实施例中采用石墨电极对重熔渣进行化渣；并且在化渣过程中加入铝粉，铝粉的加入量可以为：100KG渣加0.2-04kgAl粉。本实施例中，重熔渣的渣系组成为：CaF₂:60％，Al₂O₃:10％，CaO:25％，B₂O₃:5％，其密度为2.5g/cm³，重熔渣的加入量为：

其中G为重熔渣的加入量，单位为kg；ρ为重熔渣密度，单位为g/cm³，本实施例中重熔渣密度为2.50g/cm³；D为结晶器直径，单位为cm，本实施例中结晶器直径为50cm。经计算，本实施例中重熔渣的加入量为89.4kg。

重熔渣完全熔化后即完成化渣，并且形成渣池。

步骤二、重熔渣化渣后，将金属自耗电极插入渣池中，开始进行重熔；需要说明的是，所插入的金属自耗电极在之前的冶炼阶段不需要加B元素，并且保证金属自耗电极中的铝含量不低于0.01％，以降低电极中的氧含量，减少电渣过程B的烧损，控制钢中的氧在30ppm以下，另外在进行重熔之前采用喷砂打磨的方式去除金属自耗电极表面的氧化铁皮。

步骤三、重熔过程中，分批次向渣池中加入铝粉和含硼合金，单批的加入过程中，先向渣池中加入铝粉，再向渣池中加入含硼合金。

其中由Al-B-Fe组成的含硼合金中元素的含量为：B:15％，Al:55％，Fe:30％，含硼合金的粒度为3～6mm，密度为4.2t/m³。该含硼合金的吨钢加入量为：

W_C＝k*1000*W_B/W_A

式中W_B为成品钢锭中硼元素的目标百分含量，本实施例中为0.003％；W_A为含硼合金中硼元素的百分含量，本实施例中为15％；其中k的取值范围为1.0～1.5，本实施例中由于成品钢锭中硼元素的目标百分含量较少，k＝1.5。W_C为含硼合金吨钢的加入量，单位为kg，经计算，本实施例的含硼合金吨钢的加入量为；W_C＝0.23kg，按照该加入量加入含硼合金后理论上成品钢锭中硼元素的百分含量为0.00345％。

另外，本实施例中所加入的铝粉其纯度大于99％，尺寸为50-80目，铝粉的加入量为1.5～2.0kg/t钢，本实施例取1.8kg/t。

需要说明的是，单批的铝粉和含硼合金加入过程中，先向渣池中加入铝粉，间隔20～40s后，本实施例中间隔20s，再向渣池中加入含硼合金。

当单批的铝粉和含硼合金加完后，间隔3min后使用同样的加入方式加入下一批次的铝粉和含硼合金；单批的含硼合金和铝粉加入量分别为：

W_B-1＝W_C*V_m/20

W_Al-1＝W_Al*V_m/20

其中，W_B-1为单批中含硼合金的加入量，单位为kg；W_Al-1为单批中铝粉的加入量，单位为kg；W_Al为吨钢铝粉加入量，单位为kg，V_m为金属自耗电极熔化速率，单位为t/h，金属自耗电极熔化速率为V_m＝0.75×D。

金属自耗电极消耗完后，停止添加铝粉和含硼合金，电渣过程转入补缩阶段；补缩完成后重熔结束，再制得成品钢锭，再检测成品钢锭中B元素的含量。

实施例2

本实施例中所生产的钢种为10Cr11Co3W3NiMoVNbNB超超临界机组叶片用钢，其B含量为0.010％～0.025％，本实施例中所生产的成品钢锭B的目标含量为0.020％。本实施例的具体生产步骤为：

步骤一、对重熔渣进行化渣，本实施例中采用石墨电极对重熔渣进行化渣；并且在化渣过程中加入铝粉，本实施例中，重熔渣的渣系组成为：CaF₂:62％，Al₂O₃:15％，CaO:20％，B₂O₃:3％，其密度为2.48g/cm³，重熔渣的加入量为：

其中G为重熔渣的加入量，单位为kg；ρ为重熔渣密度，单位为g/cm³，本实施例中重熔渣密度为2.48g/cm³，D为结晶器直径，单位为cm，本实施例中结晶器直径为80cm。经计算，本实施例中重熔渣的加入量为269.8kg。

重熔渣完全熔化后即完成化渣，并且形成渣池。

步骤二、重熔渣化渣后，将金属自耗电极插入渣池中，开始进行重熔；需要说明的是，所插入的金属自耗电极在之前的冶炼阶段不需要加B元素，并且保证金属自耗电极中的铝含量不低于0.01％，另外在进行重熔之前采用喷砂打磨的方式去除金属自耗电极表面的氧化铁皮。

其中由Al-B-Fe组成的含硼合金中元素的含量为：B:10％，Al:50％，Fe:40％，含硼合金的粒度为3～6mm，密度为4.9t/m³。该含硼合金的吨钢加入量为：

W_C＝k*1000*W_B/W_A

式中W_B为成品钢锭中硼元素的目标百分含量，本实施例中为0.020％；W_A为含硼合金中硼元素的百分含量，本实施例中为10％；其中k的取值范围为1.0～1.5，本实施例中k＝1.2。W_C为含硼合金吨钢的加入量，单位为kg，经计算，本实施例的含硼合金吨钢的加入量为；W_C＝2.4kg，按照该加入量加入含硼合金后理论上成品钢锭中硼元素的百分含量为0.0240％。

另外，本实施例中所加入的铝粉其纯度大于99％，尺寸为50-80目，铝粉的加入量为1.4kg/t钢。

需要说明的是，单批的铝粉和含硼合金加入过程中，先向渣池中加入铝粉，间隔20～40s后，本实施例中间隔30s，再向渣池中加入含硼合金。

W_B-1＝W_C*V_m/20

W_Al-1＝W_Al*V_m/20

其中，W_B-1为单批中含硼合金的加入量，单位为kg；W_Al-1为单批中铝粉的加入量，单位为kg；W_Al为吨钢铝粉加入量，单位为kg，本实施例中吨钢铝粉加入量为1.4kg；V_m为金属自耗电极熔化速率，单位为t/h，金属自耗电极熔化速率为V_m＝0.75×D。

实施例3

本实施例中所生产的钢种为S30815超级奥氏体不锈钢，其B含量为0.002％～0.010％，本实施例中所生产的成品钢锭B的目标含量为0.006％。本实施例的具体生产步骤为：

步骤一、对重熔渣进行化渣，本实施例中采用石墨电极对重熔渣进行化渣；并且在化渣过程中加入铝粉，本实施例中，重熔渣的渣系组成为：CaF₂:66％，Al₂O₃:10％，CaO:20％，B₂O₃:4％，其密度为2.53g/cm³，重熔渣的加入量为：

其中G为重熔渣的加入量，单位为kg；ρ为重熔渣密度，单位为g/cm³，本实施例中重熔渣密度为2.53g/cm³，D为结晶器直径，单位为cm，本实施例中结晶器直径为60cm。经计算，本实施例中重熔渣的加入量为140.0kg。

重熔渣完全熔化后即完成化渣，并且形成渣池。

其中由Al-B-Fe组成的含硼合金中元素的含量为：B:10％，Al:55％，Fe:35％，含硼合金的粒度为3～6mm，密度为4.5t/m³。该含硼合金的吨钢加入量为：

W_C＝k*1000*W_B/W_A

式中W_B为成品钢锭中硼元素的目标百分含量，本实施例中为0.003％；W_A为含硼合金中硼元素的百分含量，本实施例中为10％；其中k的取值范围为1.0～1.5，本实施例中k＝1.3。W_C为含硼合金吨钢的加入量，单位为kg，经计算，本实施例的含硼合金吨钢的加入量为；W_C＝0.63kg，按照该加入量加入含硼合金后理论上成品钢锭中硼元素的百分含量为0.0063％。

另外，本实施例中所加入的铝粉其纯度大于99％，尺寸为50-80目，铝粉的加入量为1.6kg/t钢。

需要说明的是，单批的铝粉和含硼合金加入过程中，先向渣池中加入铝粉，间隔20～40s后，本实施例中间隔40s，再向渣池中加入含硼合金。

W_B-1＝W_C*V_m/20

W_Al-1＝W_Al*V_m/20

其中，W_B-1为单批中含硼合金的加入量，单位为kg；W_Al-1为单批中铝粉的加入量，单位为kg；W_Al为吨钢铝粉加入量，单位为kg，本实施例中吨钢铝粉加入量为1.6kg；V_m为金属自耗电极熔化速率，单位为t/h，金属自耗电极熔化速率为V_m＝0.75×D。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

Claims

1.一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，电渣重熔过程中，金属自耗电极插入渣池开始进行重熔后，将由Al-B-Fe组成的含硼合金加入至渣池中。

2.根据权利要求1所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，其具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，由Al-B-Fe组成的含硼合金中元素的含量为：B:10％～15％，Al:50％～55％，其余为Fe。

4.根据权利要求2所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，重熔渣的渣系组成为：CaF₂:60％～70％，Al₂O₃:10％～15％，CaO:20％～25％，B₂O₃:2％～5％。

5.根据权利要求2所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，步骤三中所加入的含硼合金的粒度为3～6mm，密度为4～5t/m³。

6.根据权利要求2所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，步骤三中所加入的铝粉的尺寸为50～80目。

7.根据权利要求2所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，步骤三中，铝粉和含硼合金的单批加入过程中，先向渣池中加入铝粉，间隔20～40s后，再向渣池中加入含硼合金。

8.根据权利要求4所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，步骤一中进行化渣的重熔渣的加入量为：

其中G为重熔渣的加入量，单位为kg；ρ为重熔渣密度，单位为g/cm³；D为结晶器直径，单位为cm。

9.根据权利要求2～8任一项所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，步骤三中，铝粉的加入量为1.5～2.0kg/t钢，含硼合金吨钢的加入量为：

W_C＝k*1000*W_B/W_A

其中W_C为含硼合金吨钢的加入量，单位为kg；W_B为成品钢锭中硼元素的目标百分含量；W_A为含硼合金中硼元素的百分含量；k的取值范围为1.0～1.5。

10.根据权利要求9所述的一种电渣重熔过程硼合金化的方法，其特征在于，步骤三中，单批的铝粉和含硼合金加入后，间隔3min再加入下一批次的铝粉和含硼合金，单批的含硼合金和铝粉加入量分别为：

W_B-1＝W_C*V_m/20

W_Al-1＝W_Al*V_m/20

其中，W_B-1为单批中含硼合金的加入量，单位为kg；W_Al-1为单批中铝粉的加入量，单位为kg；W_Al为吨钢铝粉加入量，单位为kg；V_m为金属自耗电极熔化速率，单位为t/h。