CN112359216A - 高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置及电渣重熔工艺 - Google Patents

高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置及电渣重熔工艺 Download PDF

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王金亮
李荣斌
陈慧琴
李飞
孙述利
田继红
贾晓斌
刘建生
郭会光
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Abstract

高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置及电渣重熔工艺，属于电渣重熔技术领域，解决解决高氮奥氏体不锈钢电渣重熔设备昂贵、操作工艺繁琐的技术问题，采用不同元素、不同含量的氮化合金、低碳钢、锰钢等合金材质，再结合电渣锭成分比例和质量分数的计算，制备多个相同长度不同直径的电极棒，来进行高氮奥氏体不锈钢的电渣重熔。本发明可在常压或者高压状态下，使得不同电极棒的合金元素按一定比例以熔融状态同时进入电渣层后的熔池中，在凝固前熔池的合金元素在不同高度处的成分均匀，同时在凝固过程中氮元素的合金化稳定，氮的逸出和偏析较少，很大程度上改善了氮元素的高含量和均匀化，有效提高了高氮奥氏体不锈钢电渣钢锭的使用性能。

Description

高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置及电渣重熔工艺
技术领域
本发明属于电渣重熔技术领域，具体涉及一种高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置及电渣重熔工艺。
背景技术
高氮奥氏体不锈钢，因高含量的氮元素与其他合金元素协同作用，使其具有高强度、良好韧性和高的抗腐蚀性能等性能，在交通运输、航天航空、海洋工程和军事工业等领域得到广泛应用。但是高氮奥氏体不锈钢在熔炼凝固过程中，为防止氮的析出，需要用更高的压力或快速冷却等手段实现钢液快速凝固，目前工业化的熔炼方法主要是加压电渣重熔工艺，但加压电渣重熔设备昂贵、操作繁琐等原因难以推广应用。因此，如何在常压状态下，提高氮含量，通过从含高氮电极坯的制造和熔炼工艺等方面来改善高氮奥氏体不锈钢电渣重熔钢锭内氮元素的高含量、逸出、分布均匀化等冶炼质量和性能，减少设备和生产成本，成为亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，解决高氮奥氏体不锈钢电渣重熔设备昂贵、操作工艺繁琐的技术问题，本发明提供一种高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置及电渣重熔工艺。
本发明的设计构思为：在熔炼过程中高含量氮元素能以氮化合金形式进入不锈钢，使得钢锭氮含量达到高氮指标，同时使氮在不锈钢的凝固过程中固溶在合金体系，避免氮的偏析和析出，并提高氮在凝固钢锭的分布均匀性。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置，它包括升降式电极夹盘和电渣重熔炉，其中：所述升降式电极夹盘设置于电渣重熔炉炉口的上方，假电极安装于升降式电极夹盘的下方，自耗电极安装在假电极的下方，电渣重熔过程中升降式电极夹盘驱动假电极带动自耗电极向电渣重熔炉中的渣池方向持续下降，使自耗电极的下端部始终位于渣池中。
一种高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔工艺，包括以下步骤：
S1、选择自耗电极的材料：采用以下材质的棒料作为高氮奥氏体不锈钢电渣重熔的自耗电极的材料：铸造或者粉末包芯法制备的含不同元素成分的高氮氮化合金棒料，或者铁棒，或者低碳钢、锰钢的锻坯棒料；从电极坯料角度保证电渣重熔法制备的高氮奥氏体不锈钢中高的氮含量，以解决熔化凝固过程中气相渗氮无法满足高氮奥氏体不锈钢中氮含量高的技术问题。
S2、电极棒直径的确定：根据需要制备的高氮奥氏体不锈钢中各元素的成分及其含量，结合步骤S1中选择的自耗电极材料中各元素的相对质量分数，确定所需合金的质量，保证各电极棒长度相同的前提下，通过电渣炉设备参数和工艺参数确定不同材质电极棒的直径；在熔炼过程中保持各电极棒在相同水平高度的部分同时熔化。
S3、电渣选用含CaF2、Al2O3、SiO2、FeO和MnO的渣系，该渣系电导率低，电耗低、生产率高；启动电渣重熔炉，电渣重熔炉内的压力选用常压状态或者高压状态，熔炼过程中采用氮气作为保护气，可以有效抑制大气中的氧直接向钢液的传递；采用常规电渣重熔工艺方法对电极棒进行电渣重熔，使得各电极棒熔化后的熔滴在滴落和穿过电渣层后进入熔池的过程中，各合金元素以钢液状态呈近似所需钢锭合金成分含量比例融入同一层熔池钢液中，在水冷结晶器的快速冷却下熔池的钢液很快凝固，快速固定氮含量，减少氮的溢出，提高氮的得收率；
S4、当电极棒熔化至长度剩余20%时，减小电渣重熔炉的功率，减缓熔化电极棒的速度并进行热封顶，最后当电极棒熔化至长度剩余5%时，停止冶炼，制得高氮奥氏体不锈钢。
进一步地，对所述步骤S4制得的高氮奥氏体不锈钢钢锭进行化学检测，若钢锭中元素成分、含量和均匀性仍不符合标准要求，将初次电渣钢锭锻造制作成电极棒，重复所述步骤S1~S4进行二次电渣重熔，直至制得符合标准要求的高氮奥氏体不锈钢。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明可在常压或者高压状态下进行电渣重熔，使得不同电极棒的合金元素按一定比例以熔融状态同时进入电渣层后的熔池中，在凝固前熔池的合金元素在不同高度处的成分均匀，同时在凝固过程中氮元素的合金化稳定，氮的逸出和偏析较少，很大程度上改善了氮元素的高含量和均匀化，有效提高了高氮奥氏体不锈钢电渣钢锭的使用性能。
附图说明
图1为本发明流程拓普图。
图中，1为升降式电极夹盘，2为假电极，3为自耗电极，4为调压变压器，5为短网，6为护锭板，7为底水箱，8为水冷结晶器，9为渣池，10为熔池，11为电渣锭，12为绝缘橡胶板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本发明的实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
如图1所示的一种高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置，它包括升降式电极夹盘1和电渣重熔炉，其中：所述升降式电极夹盘1设置于电渣重熔炉炉口的上方，假电极2安装于升降式电极夹盘1的下方，自耗电极3安装在假电极2的下方，电渣重熔过程中升降式电极夹盘1驱动假电极2带动自耗电极3向电渣重熔炉中的渣池9方向持续下降，使自耗电极3的下端部始终位于渣池9中。
在本实施例中，电渣重熔钢锭材料选用Mn18Cr18N高氮护环钢，该奥氏体不锈钢含氮量≥0.8%（质量分数）。
一种高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔工艺，包括以下步骤：
S1、选择自耗电极的材料：采用以下材质的棒料作为高氮奥氏体不锈钢电渣重熔的自耗电极的材料：用铸造、锻造或者粉末包芯法制备的氮化铬棒、低碳锰铁棒、氮化硅棒、纯铁棒或者20钢棒、锰钢棒，上述自耗电极材料为含不同合金元素及含量的合金铸坯或锻坯；
S2、电极棒直径的确定：根据需要制备的高氮奥氏体不锈钢中各元素的成分及其含量，结合步骤S1中选择的自耗电极材料中各元素的相对质量分数，确定所需合金的质量，保证各电极棒长度相同的前提下，通过电渣炉设备参数和工艺参数确定不同材质电极棒的直径；
S3、CaF2（含量50%～60%）、Al2O3（含量25%～30%）及少量SiO2、FeO、MnO的渣系，启动电渣重熔炉，电渣重熔炉内的压力选用常压状态，熔炼过程中采用氮气作为保护气，采用常规电渣重熔工艺方法对电极棒进行电渣重熔，使得各电极棒熔化后的熔滴在滴落和穿过电渣层后进入熔池的过程中，各合金元素以钢液状态呈近似所需钢锭合金成分含量比例融入同一层熔池钢液中，在水冷结晶器的快速冷却下熔池的钢液很快凝固；
S4、当电极棒熔化至长度剩余20%时，减小电渣重熔炉的功率，减缓熔化电极棒的速度并进行热封顶，最后当电极棒熔化至长度剩余5%时，停止冶炼，制得高氮奥氏体不锈钢。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置，它包括升降式电极夹盘和电渣重熔炉，其特征在于：所述升降式电极夹盘（1）设置于电渣重熔炉炉口的上方，假电极（2）安装于升降式电极夹盘（1）的下方，自耗电极（3）安装在假电极（2）的下方，电渣重熔过程中升降式电极夹盘（1）驱动假电极（2）带动自耗电极（3）向电渣重熔炉中的渣池（9）方向持续下降，使自耗电极（3）的下端部始终位于渣池（9）中。
2.根据权利要求1所述的高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置的电渣重熔工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1、选择自耗电极的材料：采用以下材质的棒料作为高氮奥氏体不锈钢电渣重熔的自耗电极的材料：铸造或者粉末包芯法制备的含不同元素成分的高氮氮化合金棒料，或者铁棒，或者低碳钢、锰钢的锻坯棒料；
S2、电极棒直径的确定：根据需要制备的高氮奥氏体不锈钢中各元素的成分及其含量，结合步骤S1中选择的自耗电极材料中各元素的相对质量分数，确定所需合金的质量，保证各电极棒长度相同的前提下，通过电渣炉设备参数和工艺参数确定不同材质电极棒的直径；
S3、电渣选用含CaF2、Al2O3、SiO2、FeO和MnO的渣系，启动电渣重熔炉，电渣重熔炉内的压力选用常压状态或者高压状态，熔炼过程中采用氮气作为保护气，采用常规电渣重熔工艺方法对电极棒进行电渣重熔，使得各电极棒熔化后的熔滴在滴落和穿过电渣层后进入熔池的过程中，各合金元素以钢液状态呈近似所需钢锭合金成分含量比例融入同一层熔池钢液中，在水冷结晶器的快速冷却下熔池的钢液很快凝固；
S4、当电极棒熔化至长度剩余20%时，减小电渣重熔炉的功率，减缓熔化电极棒的速度并进行热封顶，最后当电极棒熔化至长度剩余5%时，停止冶炼，制得高氮奥氏体不锈钢。
3.根据权利要求2所述的高氮奥氏体不锈钢的多电极电渣重熔装置的电渣重熔工艺，其特征在于：对所述步骤S4制得的高氮奥氏体不锈钢钢锭进行化学检测，若钢锭中元素成分、含量和均匀性仍不符合标准要求，将初次电渣钢锭锻造制作成电极棒，重复所述步骤S1~S4进行二次电渣重熔，直至制得符合标准要求的高氮奥氏体不锈钢。
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CN105925814A (zh) * 2016-06-24 2016-09-07 东北大学 一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的方法
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