CN112226625B - 一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系及其应用。所述四元渣系包括：萤石65‑70重量份、氧化铝25‑30重量份、矽石2‑5重量份、镁砂1‑5重量份。使用本发明四元渣系新配方通过电渣重熔冶炼30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等钢品种，电渣重熔后形成电渣钢锭，其电渣锭底部铝含量为“0.015％”左右，电渣锭上部铝含量为“0.012％”左右，两端铝含量相差≤0.010％，高于用户期望。

Description

一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系及其应用
技术领域
本发明涉及电渣重熔用的一种新渣系应用技术，该渣系特别适合生产[Si]含量较高(如30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等)钢种，属于特种冶炼技术领域(电渣重熔技术属特种冶炼技术之一)，具体涉及一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系及其应用。
背景技术
电渣重熔是在铜制水冷结晶器内母材电极一端埋入熔融的渣料中通电，渣料放出焦耳热，将母材电极端头逐层熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过液态的渣料层(渣池)，形成金属熔池，由下而上逐渐凝固形成钢锭。渣料电阻热熔化母材电极过程中，“钢-渣”间发生物理化学反应，直接影响钢中成份、纯净度。
电渣钢冶炼的“电”和“渣”控制技术是其2项最关键技术。针对不同类品种，选择最合适的渣料，能保证电渣钢成份稳定、均匀、纯净度高等。电渣重熔30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种用途极其重要，质量要求严格，特别是对成份偏析控制严格。传统渣系生产的30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种电渣锭两端铝[Al]成分差异较大，具体如下：30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种电渣重熔前，其母材铝含量“0.025％[Al]”左右，电渣重熔后形成电渣钢锭，其电渣锭底部铝含量可达到“0.040％[Al]”左右，而电渣锭上部铝含量只有“0.010％[Al]”左右，两端铝含量相差0.03％，而用户要求30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种电渣锭两端铝[Al]成分差异“≤0.020％”。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系。本发明根据电渣重熔过程中，“钢-渣”间发生的化学反应，设计一种新渣系，用于电渣重熔30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种，使其电渣锭两端铝含量差异“≤0.020％”的四元渣系新配方。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系，所述四元渣系包括：萤石65-70重量份、氧化铝25-30重量份、矽石2-5重量份、镁砂1-5重量份。
所述萤石的主要成分是CaF2，其中CaF2的质量比为≥97％，CaF2的主要作用是降低渣料熔点、粘度和表面张力，提高电导率等；优选地，所述萤石的组成及其百分比为：CaF2≥97％、SiO2≤1％、CaO≤1％、FeO≤0.2％、P≤0.05％、S≤0.075％。
所述氧化铝的主要作用是降低渣料电导率、提高渣料熔化温度、粘度等。
所述矽石的主要成分是SiO2，其中SiO2的质量百分含量为≥95％；传统渣系冶炼30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等品种时，其钢锭底部涨[Al]，上部烧损[Al]，造成钢锭两端[Al]含量差异大。本申请通过在渣系中配入矽石，增加渣中(SiO2)含量，电渣锭底部发生以下化学反应：(SiO2)+4[Al]→2(Al2O3)+4[Si]，可使电渣锭底部烧损[Al。矽石相对“萤石”、“氧化铝”而言，价格更低廉，但要控制矽石加入量；若矽石加入量过多会造成30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高的品种电渣锭底部涨[Si],若矽石加入量过少则达不到效果。
所述镁砂的主要成分是MgO，其中MgO的质量百分含量为≥90％；优选地，所述镁砂的组成及其百分比为MgO≥90％，优选为MgO≥96％,SiO2≤4％(例如2.5％)，若SiO2含量太高，会一定程度上影响矽石配入量；添加一定量的镁砂，能降低液态渣池的透气性，减缓渣中[O]传递，使[Fe]+[O]→(FeO)反应减弱，从而渣中(FeO)含量下降，进而减缓了反应(FeO)+[Al]→(Al2O3)+[Fe]的发生，使电渣锭上部烧损[Al]减少。镁砂相对“萤石”、“氧化铝”价格低廉，但要控制镁砂加入量；若镁砂加入量过多使渣中熔点升高，“钢-渣”分离困难，使30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等品种电渣锭表面出现“沟迹”(成材前需精整修磨)，降低电渣锭成材率，若镁砂加入量过少则达不到效果。
上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述四元渣系包括：萤石65-70重量份、氧化铝25-30重量份、矽石2-5重量份、镁砂1-3重量份。
上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述四元渣系包括：萤石68重量份、氧化铝28重量份、矽石3重量份、镁砂1重量份。
上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述四元渣系中各组分的用量之和为100重量份。上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述Si含量的范围为0.9-1.8％。
上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述萤石为萤石粉。在本申请中，萤石块、萤石粉均能使用，但受萤石资源限制，“CaF2≥97％”的萤石块矿价格昂贵，经过处理的萤石粉(CaF2≥97％)价格相对便宜，因此，本申请优选选用萤石粉。上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述氧化铝为粉状，所述氧化铝可采用工业氧化铝。
上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述矽石的粒径为：1-10mm。粒度太小增加加工成本，粒度太大，内部结晶水不易烤干，影响炼钢质量。
上述四元渣系中，作为一种优选的实施方式，所述镁砂的粒径为1-5mm。所述镁砂的粒度太小增加加工成本，粒度太大，内部结晶水不易烤干，影响炼钢质量。
上述四元渣系在电渣重熔[Si]含量较高钢种中的应用。
在上述四元渣系在电渣重熔[Si]含量较高钢种中的应用中，作为一种优选的实施方式，电渣重熔所得电渣锭两端的铝[Al]差异≤0.020％，优选为≤0.010％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)将本发明四元渣系新配方用于电渣重熔技术生产钢锭，特别是冶炼30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种(其母材铝含量仍为“0.025％”左右)，电渣重熔后形成电渣钢锭，其电渣锭底部铝含量为“0.015％”左右，电渣锭上部铝含量为“0.012％”左右，两端铝含量相差极小(≤0.010％)，高于用户期望(电渣锭两端铝[Al]差异“≤0.020％”)。
2)使用本发明电渣重熔[Si]含量较高钢种的四元渣系新配方冶炼30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种，电渣重熔后形成的电渣锭表面质量、内部纯净度等指标全部与传统渣系冶炼的无差异。
具体实施方式
以下实施例对本发明的内容做进一步的详细说明，本发明的保护范围包含但不限于下述各实施例。
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解相同的含义。若存在矛盾，则以包括定义在内的本说明书为主。
发明人发现，在电渣重熔生产30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种时如果采用由以下重量份的原料组成的渣系进行生产：萤石(细粉)68-72份，氧化铝(细粉)28-32份，则由于渣中(SiO2)含量极低、(Al2O3)含量高，而钢中[Si]含量较高，电渣重熔前期(电渣锭底部)，发生以下化学反应①。
反应①：2(Al2O3)+3[Si]→3(SiO2)+4[Al]
使钢中涨[Al]，即由“0.025％[Al]”(母材)→“0.040％[Al]”左右；
电渣重熔到后期，由于渣中(SiO2)含量逐渐增加，以上反应①逐渐减弱。但随着电渣重熔的进行，大气中[O]不断传递到钢中，重熔中后期(电渣锭中上部)会发生以下化学反应②、③。
反应②：[Fe]+(O)→(FeO)
反应③:3(FeO)+2[Al]→(Al2O3)+3[Fe]
使钢中烧损[Al]，由“0.025％[Al]”(母材)→降到“0.010％[Al]”左右；
使用上述传统渣系生产30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等钢时，电渣锭底部[Al]达到“0.04％”左右，电渣锭上部[Al]为“0.01％”左右，二者相差“0.03％”左右。
针对该渣系冶炼30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等品种时，其钢锭底部涨[Al]，上部烧损[Al]，造成钢锭两端[Al]含量差异大的现象，本申请通过在渣系中配入矽石(主要是SiO2)，电渣锭底部发生以下化学反应④(反应①的逆向反应)。
反应④：3(SiO2)+4[Al]→2(Al2O3)+4[Si]
使电渣锭底部烧损[Al]，由“0.025％[Al]”(母材)→降到“0.015％[Al]”左右。
原料矽石相对“萤石”、“氧化铝”价格低廉，但要控制矽石加入量(加入量过多会造成30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等品种电渣锭底部涨[Si]，加入量少不起作用)。
另外，添加少量镁砂(主要成份为MgO)，能降低液态渣池的透气性，减缓渣中[O]传递，使反应②减弱。
反应②：[Fe]+[O]→(FeO)
使渣中(FeO)含量下降，从而减缓了反应③发生。
反应③：(FeO)+[Al]→(Al2O3)+[Fe]
使电渣锭上部烧损[Al]减少。
原料镁砂相对“萤石”、“氧化铝”价格低廉，但也要控制镁砂加入量(加入量过多会恶化30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等品种电渣锭表面质量，加入量少不起作用)。
在下述实施例中，所述萤石的组成为：CaF2≥97％、SiO2≤1％、CaO≤1％、FeO≤0.2％、P≤0.05％、S≤0.075％；在矽石的组成中，SiO2≥95％；在镁砂的组成中，MgO≥90％，SiO2≤4％。
实施例1
一种电渣重熔[Si]含量较高钢种的四元渣系新配方，包括下述重量份的原料：萤石68重量份、氧化铝28重量份、矽石3重量份、镁砂1重量份。
使用此四元渣系配方，对30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A钢进行冶炼按照标准GJB1951-1994进行冶炼)，所得电渣锭上部和底部Al含量及其差值的结果见下表1。所得电渣锭表面光洁(无“沟迹”、“夹渣”等缺陷，电渣锭可不用表面精整修磨，直接成材)，内部纯净度(夹杂物)：塑性夹杂物为1.0级(标准要求：塑性夹杂物≤2.0级)，脆性夹杂物为0.5-1.0级(标准要求：塑性夹杂物≤2.0级)。
实施例2
一种电渣重熔[Si]含量较高钢种的四元渣系新配方，包括下述重量份的原料：萤石68.5重量份、氧化铝28重量份、矽石2.5重量份、镁砂1重量份。
使用此四元渣系配方，对30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A钢进行冶炼(同实施例1中的标准)，所得电渣锭上部和底部Al含量及其差值的结果见下表1。所得电渣锭表面光洁(无“沟迹”、“夹渣”等缺陷，电渣锭可不用表面精整修磨，直接成材)，内部纯净度(夹杂物)：塑性夹杂物为1.0级(标准要求：塑性夹杂物≤2.0级)，脆性夹杂物为0.5-1.0级(标准要求：塑性夹杂物≤2.0级)。
表1：30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A钢电渣锭底部、上部[Al]含量情况
Figure BDA0002713806010000061
注：上表中“列4(电渣锭底部[Al])、列5(电渣锭上部[Al])”的【Al】为多炉“平均数”。
2020年2-4月份，使用“萤石68重量份、氧化铝28重量份、矽石3重量份、镁1重量份”渣料(实施例1)及“萤石68.5重量份、氧化铝28重量份、矽石2.5重量份、镁1重量份(实施例2)”渣料共冶炼30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种电渣锭3105吨，计1347支，统计其电渣锭底部、上部[Al]含量，见表2，下表2中的数据是基于两种渣料配方生产的全部钢锭按钢种不同分类后进行统计分析的。
表2：30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A钢电渣锭底部、上部[Al]含量情况
Figure BDA0002713806010000062
Figure BDA0002713806010000071
实施例3：
的渣系配方为：萤石65重量份、氧化铝25重量份、矽石5重量份、镁砂5重量份。采用与实施例1相同的工艺电渣重熔30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A两种钢。
从实际使用情况可看出，本申请四元渣系的使用彻底解决了电渣重熔30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A等[Si]含量较高品种电渣锭两端[Al]含量差异大的问题。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (14)

1.一种用于电渣重熔钢种生产的四元渣系，其特征在于，所述四元渣系包括：萤石 65-70重量份、氧化铝25-30重量份、矽石2-3重量份、镁砂1-3重量份；所述镁砂的组成及其质量百分比为MgO≥90%，SiO2 ≤4%。
2.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述萤石的主要成分是CaF2，其中CaF2的质量百分比为≥97%。
3.根据权利要求2所述的四元渣系，其特征在于，所述萤石的组成及其质量百分比为：CaF2≥97%、SiO2≤1%、CaO≤1%、FeO≤0.2%、P≤0.05%、S≤0.075%。
4.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述矽石的主要成分是SiO2，其中SiO2的质量百分含量为≥95%。
5.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述四元渣系包括：萤石 68-69重量份、氧化铝28重量份、矽石2-3重量份、镁砂1重量份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的四元渣系，其特征在于，所述四元渣系中各组分的用量之和为100重量份。
7.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述电渣重熔钢种中Si的质量百分含量的范围为0.9-1.8%。
8.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述萤石为粉状，所述氧化铝为粉状。
9.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述矽石的粒径为：1-10mm。
10.根据权利要求1所述的四元渣系，其特征在于，所述镁砂的粒径为1-5mm。
11.一种权利要求1-10任一项所述的四元渣系在生产电渣重熔钢种中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述电渣重熔钢种中Si的质量百分含量的范围为0.9-1.8%。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，电渣重熔所得电渣锭两端的铝[Al]差异≤0.020wt%。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，电渣重熔所得电渣锭两端的铝[Al]差异≤0.010wt%。
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