CN110331301A

CN110331301A - 一种电渣重熔哈氏合金的方法

Info

Publication number: CN110331301A
Application number: CN201910555323.XA
Authority: CN
Inventors: 张福利; 牟瑞宇; 张晓峰; 孙中华; 李博斌; 梁爱国; 刘海峰; 孙少海
Original assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: HBIS Co Ltd; Hebei Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: CN110331301B

Abstract

本发明公开了一种电渣重熔哈氏合金的方法，其采用的自耗电极经1100℃～1150℃高温扩散退火后在氩气保护下进行电渣重熔；电渣时重熔期的熔速为3kg/min～3.5kg/min。本方法采用的自耗电极先经过高温扩散退火，完成均质化后再进行电渣重熔，并采用较低的熔速控制，能有效的保证铸锭的凝固组织均匀，从而获得成分组织均匀、优异的哈氏合金钢锭。本方法保证了电渣渣系的匹配，哈氏合金液相线温度较低，在熔炼期采用较高电压、较低电流，可以获得浅平熔池，从而保证了低熔速下获得良好的表面质量；通过适当增加填充比来改善电渣工艺，增加电渣过程中的结晶器直流分量，保持较低的渣温和较少的熔池体积，从而减少两相区宽度，缩短局部凝固时间，获得较好的凝固组织。

Description

一种电渣重熔哈氏合金的方法

技术领域

本发明涉及一种电渣重熔方法，尤其是一种电渣重熔哈氏合金的方法。

背景技术

哈氏合金是一种性能卓越的耐蚀合金，在耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐中性能优越，同时在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，自上世纪80年代以来，在石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域非常苛刻的腐蚀环境中有着相当广泛的应用。

目前哈氏合金的冶炼工艺鲜有介绍，仅有后续热处理等相关工艺介绍，主要是由于哈氏合金的冶炼难度较大。一般认为，哈氏合金采用真空感应熔炼+电渣重熔双联工艺冶炼，如利用此工艺按传统方法冶炼，其铸锭锻造性差，容易开裂。经详细研究发现，主要原因是电渣铸锭成分偏析严重、晶粒粗大，唯有实际解决铸锭成分和组织问题才能更好地进一步加工处理。众所周知，电渣铸锭内部偏析及组织问题的解决多以降低熔速、尽量缩短铸锭的局部凝固时间为主要出发点，但熔速降低太多也会导致表面质量差，锻造开裂的可能增加。所以有厂家采用铸锭扒皮再锻造的方法避免此类问题，但这样牺牲了金属的收得率，增加了成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电渣重熔哈氏合金的方法，以保证铸锭的凝固组织均匀。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其采用的自耗电极经1100℃～1150℃高温扩散退火后在氩气保护下进行电渣重熔；电渣时重熔期的熔速为3kg/min～3.5kg/min。

本发明所述电渣时重熔期的电压U为43V～45V，电流I为4500A～5000A；预熔渣成分为：CaF₂ 60%～62% 、CaO 20%～25% 、Al₂O₃ 12%～15%、MgO 2%～3%，熔点1240℃～1250℃，1650℃电阻率为0.3～0.35Ω•cm。

本发明所述预熔渣在600℃～800℃烘烤至少10h后使用。

本发明所述自耗电极的填充比为0.67～0.73。

本发明构思为：电渣过程也遵循“组织、成分的传递性”，电极质量的好坏直接影响电渣铸锭，过去人们更多关注电极中夹杂物、氧含量对电渣重熔的影响。然而，电极成分偏析、组织不均对电渣影响更大，如果直接锻造感应炉浇注的合金电极，则不可避免的会开裂，这也证实了电极的质量状况。因此，发明人认为，哈氏合金电渣过程应保证合理的熔速，以保证表面质量良好，此外，应对自耗电极进行高温扩散退火，进行均质化后再进行电渣重熔。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用的自耗电极先经过高温扩散退火，完成均质化后再进行电渣重熔，并采用较低的熔速控制，能有效的保证铸锭的凝固组织均匀，从而获得成分组织均匀、优异的哈氏合金钢锭。

本发明保证了电渣渣系的匹配，哈氏合金液相线温度较低（1330℃～1350℃），本发明设计渣系成分的熔点较低、1650℃电阻率也比较低，在熔炼期（重熔期）采用较高电压、较低电流的电参数，可以获得浅平熔池，从而保证了低熔速下获得良好的表面质量。本发明通过适当增加填充比来改善电渣工艺，增加电渣过程中的结晶器直流分量，保持较低的渣温和较少的熔池体积，从而减少两相区宽度，缩短局部凝固时间，获得较好的凝固组织。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本电渣重熔哈氏合金的方法适用于冶炼的哈氏合金主要目标成分要求（wt）：Ni56%～57%，Cr 16%～17%，Mo 16%～16.5%，Fe 4.5%～5%，W 3.5%～4.5%，Mn≤0.5%，Si≤0.05%，C≤0.01%，P≤0.015%，S≤0.010%。方法工艺如下所述。

（1）自耗电极制备：采用与上述哈氏合金相同目标成分的合金作为自耗电极，制备工艺为：采用500kg真空感应炉冶炼目标成分合金，保持过热度60℃～100℃带电出钢，浇注成Φ200～220*1500～1800mm的自耗电极，脱模后在1100℃～1150℃高温扩散退火3h～3.5h，在缓冷坑或随炉缓冷后焊接至辅助电极上备用。

（2）起弧准备：在电渣重熔炉的底水箱正中铺设Φ250～270*30mm引锭板（可与哈氏合金不是同材质，冶炼后切掉），再在引锭板上放置直径*高*厚为Φ230～250mm*60mm*0.1mm同材质引弧圈，圈内放置经充分烘烤的体积占90%～95%哈氏合金引弧屑＋10%～5%预熔渣，哈氏合金引弧屑和预熔渣合计100%；然后依次放置Φ300*1300mm结晶器及保护罩，安装自耗电极，接通氩气管道。所述引弧屑的材质与所电渣重熔的哈氏合金为同材质，并经过350℃～400℃烘烤6h及以上。

（3）预熔渣渣系及烘烤：预熔渣成分为：CaF₂ 60%～62%、CaO 20%～25%、Al₂O₃ 12%～15%、MgO 2%～3%，熔点1240℃～1250℃，1650℃电阻率为0.3～0.35Ω•cm。所述预熔渣在600℃～800℃烘烤至少10h后使用。

（4）引弧化渣：将电极下降至距离引弧剂30mm～40mm时，设定起弧电压20V～25V、电流2300A～2500A，通电引弧，弧光稳定后缓慢加入渣料，加渣时间控制在10min及以内，引弧化渣时间23min～25min，化渣期末电流升至4300A～4500A，电压升至42V～43V。

（5）重熔期熔炼：化渣期完成后自动进入重熔期，重熔期熔速3kg/min～3.5kg/min，电压U为42V～45V、电流I为4300A～5000A，冶炼过程熔速为目标值，电流、电压为调节值，保证熔速在3kg/min～3.5kg/min范围之内。重熔期功率输出先升后降，终止电压42V～43V、终止电流4300A～4500A。

（6）补缩期：熔炼至电极剩余30kg～40kg时开始补缩，补缩期初始电压42V～43V、初始电流4300A～4500A，终止电压32V～35V、终止电流2000A～2300A，补缩期用时23min～25min，补缩时缓慢降低电压、电流。

（7）氩气保护：整个熔炼过程包括引弧化渣、重熔、补缩均在氩气保护下进行，氩气流量20～200L/min，以保证气氛中氧≤50×10^-6为目标，氩气纯度≥99.999%。

（8）脱模：熔炼结束后40min～50min脱模，电渣钢锭放入600℃～650℃加热炉中随炉缓冷。

实施例1：本电渣重熔哈氏合金的方法采用下述具体工艺。

（1）电极制备：根据目标成分，使用500kg真空感应炉冶炼，过热度80℃带电出钢，浇注成Φ200*1800mm自耗电极，主要成分为：Ni 56%，Cr 17%，Mo 16.5%，Fe 5%，W 4.3%，Mn0.1%，Si 0.05%，C 0.01%，P 0.014%，S 0.008%。自耗电极电极在1100℃下高温扩散退火3h，后焊接至辅助电极上。

（2）在底水箱正中铺设Φ250*30mm引锭板，再在引锭板上放置直径*高*厚为Φ230mm*60mm*0.1mm同材质引弧圈，圈内放置体积占95%哈氏合金引弧屑＋5%经充分烘烤的预熔渣，后依次放置Φ300*1300mm结晶器及保护罩、安装自耗电极、接通氩气管道。所述引弧屑使用前经380℃烘烤8h。

（3）将预熔渣在600℃下烘烤10h；成分为：CaF₂ 62%，CaO 20%，Al₂O₃ 15%，MgO 3%，熔点1246℃，1650℃电阻率为0.32Ω•cm，渣量28kg。

（4）引弧化渣：将电极下降至距离引弧剂30mm时，设定起弧电压25V、电流2.5KA，通电引弧，弧光稳定后缓慢加入渣料，加渣速度为3kg/min，引弧化渣时间23min，化渣期末电流升至4300A，电压升至42V。

（5）化渣期完成后自动进入重熔期，重熔期熔速3kg/min，电压U为42V～45V，电流I为4300A～4800A，冶炼过程熔速为目标值，电流、电压为调节值，保证熔速为3～3.2kg/min。重熔期终止电压43V，电流4500A。

（6）熔炼至电极剩余30kg时开始补缩，补缩期初始电压43V、电流4500A，终止电压32V、电流2000A，补缩期25min，补缩时缓慢降低电压、电流。

（7）氩气保护：整个熔炼过程均在氩气保护下进行，氩气流量20～100L/min，以保证气氛中氧≤50×10^-6为目标。

（8）熔炼结束40min后脱模，电渣钢锭放入600℃加热炉中缓冷。

在电渣锭顶部取样，中心实测主要化学成分：Ni 56%，Cr 16.4%，Mo 16%，Fe 5%，W4%，Mn 0.1%，Si 0.04%，C 0.008%，P 0.015%，S 0.002%；边部实测主要化学成分：Ni 56.5%，Cr 16.6%，Mo 16%，Fe 4.8%，W 4%，Mn 0.1%，Si 0.04%，C 0.010%，P 0.014%，S 0.005%；成分符合要求，且凝固组织、成分均匀。

实施例2：本电渣重熔哈氏合金的方法采用下述具体工艺。

（1）电极制备：根据目标成分，使用500kg真空感应炉冶炼，过热度100℃带电出钢，浇注成Φ220*1500mm自耗电极，主要成分为：Ni 57%，Cr 17%，Mo 16.5%，Fe 4.5%，W 4%，Mn0.3%，Si 0.02%，C 0.01%，P 0.015%，S 0.010%。自耗电极在1150℃下高温扩散退火3.2h，后焊接至辅助电极上。

（2）在底水箱正中铺设Φ270*30mm引锭板，再在引锭板上放置直径*高*厚为Φ250mm*60mm*0.1mm同材质引弧圈，圈内放置体积占95%哈氏合金引弧屑＋5%经充分烘烤的预熔渣，后依次放置Φ300*1300mm结晶器及保护罩、安装自耗电极、接通氩气管道。所述引弧屑使用前经350℃烘烤10h。

（3）将预熔渣在800℃下烘烤10h；成分为CaF₂ 60%，CaO 22%，Al₂O₃ 15%，MgO 3%，熔点1250℃，1650℃电阻率为0.33Ω•cm，渣量30kg。

（4）引弧化渣：将电极下降至距离引弧剂40mm时，设定起弧电压25V、电流2500A，通电引弧，弧光稳定后缓慢加入渣料，加渣速度为3kg/min，引弧化渣时间25min，化渣期末电流升至4500A，电压升至43V。

（5）化渣期完成后自动进入重熔期，重熔期熔速3.5kg/min，电压U为43V～45V、电流I为4500A～5000A，冶炼过程熔速为目标值，电流、电压为调节值，保证熔速为3.3～3.5kg/min。重熔期终止电压43V、电流4500A。

（6）熔炼至电极剩余40kg时开始补缩，补缩期初始电压43V、电流4500A，终止电压35V、电流2000A，补缩期25min，补缩时缓慢降低电压、电流。

（7）氩气保护：整个熔炼过程均在氩气保护下进行，氩气流量100～200L/min，以保证气氛中氧≤50×10^-6为目标。

（8）熔炼结束后50min时脱模，电渣钢锭放入650℃加热炉中缓冷。

在电渣锭顶部取样，中心实测主要化学成分：Ni 57.0%，Cr 16.8%，Mo：16.6%，Fe4.5%，W 4%，Mn 0.2%，Si 0.01%，C 0.01%，P 0.013%，S 0.006%。边部实测主要化学成分：Ni56.8%，Cr 17%，Mo 16.3%，Fe 4.5%，W 4%，Mn 0.2%，Si 0.01%，C 0.01%，P 0.015%，S0.004%；成分符合要求，且凝固组织、成分均匀。

实施例3：本电渣重熔哈氏合金的方法采用下述具体工艺。

（1）电极制备：根据目标成分，使用500kg真空感应炉冶炼，过热度60℃带电出钢，浇注成Φ200*1800mm自耗电极，主要成分为：Ni 56.2%，Cr 16%，Mo 16.3%，Fe 4.8%，W4.5%，Mn 0.2%，Si 0.04%，C 0.008%，P 0.011%，S 0.007%。自耗电极电极在1130℃下高温扩散退火3.5h，后焊接至辅助电极上。

（2）在底水箱正中铺设Φ260*30mm引锭板，再在引锭板上放置直径*高*厚为Φ240mm*60mm*0.1mm同材质引弧圈，圈内放置体积占90%哈氏合金引弧屑＋10%经充分烘烤的预熔渣，后依次放置Φ300*1300mm结晶器及保护罩、安装自耗电极、接通氩气管道。所述引弧屑使用前经400℃烘烤6h。

（3）将预熔渣在700℃下烘烤12h；成分为：CaF₂ 61%，CaO 25%，Al₂O₃ 12%，MgO 2%，熔点1240℃，1650℃电阻率为0.35Ω•cm，渣量25kg。

（4）引弧化渣：将电极下降至距离引弧剂32mm时，设定起弧电压20V、电流2400A，通电引弧，弧光稳定后缓慢加入渣料，加渣速度为3kg/min，引弧化渣时间24min，化渣期末电流升至4400A，电压升至42.5V。

（5）化渣期完成后自动进入重熔期，重熔期熔速3.3kg/min，电压U为42V～44V，电流I为4500A～4800A，冶炼过程熔速为目标值，电流、电压为调节值，保证熔速为3.1～3.3kg/min。重熔期终止电压42.5V，电流4300A。

（6）熔炼至电极剩余35kg时开始补缩，补缩期初始电压42V、电流4400A，终止电压33V、电流2300A，补缩期24min，补缩时缓慢降低电压、电流。

（7）氩气保护：整个熔炼过程均在氩气保护下进行，氩气流量50～100L/min，以保证气氛中氧≤50×10^-6为目标。

（8）熔炼结束45min后脱模，电渣钢锭放入620℃加热炉中缓冷。

在电渣锭顶部取样，中心实测主要化学成分：Ni 56.7%，Cr 16%，Mo 16.3%，Fe4.5%，W 4.5%，Mn 0.2%，Si 0.03%，C 0.008%，P 0.011%，S 0.005%；边部实测主要化学成分：Ni 56.1%，Cr 16%，Mo 16.3%，Fe 4.8%，W 4.5%，Mn 0.2%，Si 0.04%，C 0.008%，P 0.011%，S0.004%；成分符合要求，且凝固组织、成分均匀。

实施例4：本电渣重熔哈氏合金的方法采用下述具体工艺。

（1）电极制备：根据目标成分，使用500kg真空感应炉冶炼，过热度90℃带电出钢，浇注成Φ220*1500mm自耗电极，主要成分为：Ni 56.5%，Cr 16.7%，Mo 16.0%，Fe 4.6%，W3.5%，Mn 0.5%，Si 0.03%，C 0.007%，P 0.012%，S 0.006%。自耗电极在1120℃下高温扩散退火3.3h，后焊接至辅助电极上。

（2）在底水箱正中铺设Φ265*30mm引锭板，再在引锭板上放置直径*高*厚为Φ235mm*60mm*0.1mm同材质引弧圈，圈内放置体积占93%哈氏合金引弧屑＋7%经充分烘烤的预熔渣，后依次放置Φ300*1300mm结晶器及保护罩、安装自耗电极、接通氩气管道。所述引弧屑使用前经370℃烘烤12h。

（3）将预熔渣在750℃下烘烤15h；成分为CaF₂ 61%，CaO 23%，Al₂O₃ 13.5%，MgO2.5%，熔点1243℃，1650℃电阻率为0.30Ω•cm，渣量30kg。

（4）引弧化渣：将电极下降至距离引弧剂35mm时，设定起弧电压22V、电流2300A，通电引弧，弧光稳定后缓慢加入渣料，加渣速度为3.2kg/min，引弧化渣时间24min，化渣期末电流升至4450A，电压升至42.5V。

（5）化渣期完成后自动进入重熔期，重熔期熔速3.2kg/min，电压U为42V～43V、电流I为4400A～4700A，冶炼过程熔速为目标值，电流、电压为调节值，保证熔速为3.2～3.4kg/min。重熔期终止电压42V、电流4400A。

（6）熔炼至电极剩余38kg时开始补缩，补缩期初始电压42.5V、电流4300A，终止电压34V、电流2200A，补缩期23min，补缩时缓慢降低电压、电流。

（7）氩气保护：整个熔炼过程均在氩气保护下进行，氩气流量100～150L/min，以保证气氛中氧≤50×10^-6为目标。

（8）熔炼结束后42min时脱模，电渣钢锭放入625℃加热炉中缓冷。

在电渣锭顶部取样，中心实测主要化学成分：Ni 56.5%，Cr 16.6%，Mo 16.0%，Fe4.6%，W 3.5%，Mn 0.5%，Si 0.03%，C 0.004%，P 0.012%，S 0.006%。边部实测主要化学成分：Ni 57%，Cr 16.2%，Mo 16.0%，Fe 4.8%，W 3.5%，Mn 0.5%，Si 0.03%，C 0.003%，P 0.011%，S0.002%；成分符合要求，且凝固组织、成分均匀。

Claims

1.一种电渣重熔哈氏合金的方法，其特征在于：其采用的自耗电极经1100℃～1150℃高温扩散退火后在氩气保护下进行电渣重熔；电渣时重熔期的熔速为3kg/min～3.5kg/min。

2.根据权利要求1所述的一种电渣重熔哈氏合金的方法，其特征在于：所述电渣时重熔期的电压U为43V～45V，电流I为4500A～5000A；预熔渣成分为：CaF₂ 60%～62% 、CaO 20%～25% 、Al₂O₃ 12%～15%、MgO 2%～3%，熔点1240℃～1250℃，1650℃电阻率为0.3～0.35Ω•cm。

3.根据权利要求2所述的一种电渣重熔哈氏合金的方法，其特征在于：所述预熔渣在600℃～800℃烘烤至少10h后使用。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种电渣重熔哈氏合金的方法，其特征在于：所述自耗电极的填充比为0.67～0.73。