CN113337727B - 一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法 - Google Patents

一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113337727B
CN113337727B CN202110652012.2A CN202110652012A CN113337727B CN 113337727 B CN113337727 B CN 113337727B CN 202110652012 A CN202110652012 A CN 202110652012A CN 113337727 B CN113337727 B CN 113337727B
Authority
CN
China
Prior art keywords
slag
nitrogen
rare earth
remelting
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110652012.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113337727A (zh
Inventor
李花兵
冯浩
姜周华
杨守星
朱红春
张树才
焦卫超
贺彤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN202110652012.2A priority Critical patent/CN113337727B/zh
Publication of CN113337727A publication Critical patent/CN113337727A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113337727B publication Critical patent/CN113337727B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明属于高氮不锈钢冶炼技术领域，提供了一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法。本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法，通过以CaF2、CaO和Al2O3作为主要组元，同时辅助添加MgO和稀土氧化物组元并设计合理配比，能够提高熔渣中的MgO和稀土氧化物的作用浓度、平衡钢液中的氧活度，从而减轻钢液中的镁和稀土元素的烧损，既满足电渣重熔精炼渣料对高温物理性质的要求，具备强的精炼和去夹杂能力，也能通过控制渣‑金间的反应有效抑制钢液中镁和稀土元素氧化烧损，从而获得成分合格、表面质量良好和凝固组织致密的含镁和稀土的高品质高氮不锈钢电渣锭。

Description

一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及 其使用方法
技术领域
本发明涉及高氮不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法。
背景技术
在炼钢温度下，镁因其与氧、硫的强亲合力，可降低钢液氧、硫含量，亦可将簇状Al2O3夹杂物转变为细小弥散的MgO·Al2O3，从而减轻夹杂物的危害；同时晶界偏聚的溶解镁还可有效抑制硫、磷等杂质元素在晶界偏析，从而强化晶界。稀土元素(RE)与氧、硫和砷等多种杂质元素具有极强的亲和力，加入钢中可有效去除杂质元素以净化钢液，亦可将不规则形状、条状夹杂物变质为球状或椭球状的稀土夹杂物，使其更加细小、均匀；钢中固溶的稀土元素还具有净化和强化晶界、细化凝固组织和减轻偏析等作用。
鉴于镁、稀土处理对钢液洁净度和铸锭质量的有益作用，使用镁、稀土处理的高品质钢种和合金，近年来得到了快速发展。高氮型奥氏体护环钢、航空高氮不锈轴承钢和高端含氮耐蚀塑料模具钢等是典型的高性能高氮不锈钢品种，在其冶炼过程中，常采用镁、稀土处理净化钢液以及微合金化，能显著降低氧、硫含量、减少不规则夹杂物，提高钢质洁净度，有效提高钢的综合性能。商业上生产高性能高氮不锈钢品种的主要工艺为加压电渣重熔法，能显著提升钢质洁净度和改善凝固组织。
然而，由于镁具有沸点低、蒸气压高的特点，钢液中金属镁不仅加入非常困难，而且在电渣重熔过程中容易形成镁气泡，从钢液中逸出。此外，由于镁、稀土均为高活性、易氧化的元素，在电渣重熔过程中，氧通过自耗电极氧化皮、渣料不稳定形成的变价氧化物和气相中氧等途径进入渣池及熔池中，极易造成镁和稀土氧化烧损，从而影响钢中固溶的镁和稀土含量，减弱其合金化效果，降低高品质钢种和合金的性能。
采取合理措施以减弱甚至避免镁和稀土等元素在电渣重熔过程中的氧化烧损，是电渣重熔冶炼长久以来的重要课题。因此，需要发明一种可高效抑制加压电渣重熔过程中镁和稀土元素烧损的渣料及其使用方法，有效提高高氮不锈钢品种铸锭质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法。本发明提供的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料既能有效减少易氧化元素镁和稀土的烧损，又能保障加压电渣重熔过程的顺利进行，从而获得成分合格、表面质量良好和凝固组织致密的含镁和稀土的高品质高氮不锈钢电渣锭。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，包括如下质量百分比的组分：CaF2 50％～58％，CaO 15％～21％，Al2O3 13％～19％，MgO 2％～6％和稀土氧化物3％～7％。
优选地，所述渣料还包括不可避免的杂质，所述杂质的质量百分比低于0.5％。
优选地，所述杂质包括FeO、MnO和SiO2。
本发明还提供了上述技术方案所述的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法，包括：
使用所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，以待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到高氮钢；所述加压电渣重熔在加压氮气气氛下进行；所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的质量为自耗电极质量的4％～10％。
优选地，所述氮气的压强为1.0～2.0MPa。
优选地，所述加压电渣重熔包括依次进行的化渣、重熔、补缩和脱锭。
优选地，所述先在电渣炉中安装自耗电极、装入起弧屑和渣料，然后充入氩气排除空气，氮气加压后进行固态渣起弧。
优选地，所述重熔过程中向渣池加入碳粒，所述碳粒的质量为自耗电极质量的0.005％～0.015％。
优选地，所述补缩包括抬升自耗电极至脱离熔渣表面，降低电压至重熔电压的8％～15％，降低电流至重熔电流的30％～35％后，重新将自耗电极插入熔渣内部重熔2～4min。
优选地，所述脱锭包括在补缩完成10～15min后将电渣炉泄压至常压并同步水冷。
本发明的技术方案提供了一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，包括如下质量百分比的组分：CaF250％～58％，CaO 15％～21％，Al2O3 13％～19％，MgO 2％～6％和稀土氧化物3％～7％。本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，通过以CaF2、CaO和Al2O3作为主要组元，同时辅助添加MgO和稀土氧化物组元并设计合理配比，能够提高熔渣中的MgO和稀土氧化物的作用浓度、平衡钢液中的氧活度，从而降低钢液中的镁和稀土元素的烧损，既满足电渣重熔渣料对高温物理性质的要求，具备强的精炼和去夹杂能力，也能通过控制渣-金间的反应有效抑制钢液中镁和稀土元素氧化烧损，从而获得成分合格、表面质量良好和凝固组织致密的含镁和稀土的高品质高氮不锈钢电渣锭。
实施例的结果表明，使用本发明提供的渣料进行电渣重熔后含镁和稀土铈的30Cr15Mo1N航空高氮不锈轴承钢中易氧化元素的收得率(即铸锭中合金元素含量与自耗电极中相应元素含量的比值)均较高，其中，镁元素收得率为64.7％～71.4％，稀土铈元素收得率为60.5％～70.9％；且实施例2提供的渣料相比于对比例1普通S1渣料，进行电渣重熔后，含镁和稀土铈的30Cr15Mo1N航空高氮不锈轴承钢中镁元素收得率由43.2％提高到了70.45％，稀土铈元素收得率由40.8％提高到了60.5％。
具体实施方式
本发明的技术方案提供了一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，包括如下质量百分比的组分：CaF2 50％～58％，CaO 15％～21％，Al2O3 13％～19％，MgO 2％～6％和稀土氧化物3％～7％。
按质量百分比计，本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的组分包括CaF2 50％～58％，优选为52％～55％，更优选为53％～54％。在本发明中，通过以氟化钙为渣料主要组分并控制其添加量在上述范围内，能够促进熔渣流动，使渣和精炼金属熔体能够更好地分离，避免金属熔体夹渣；同时，氟化钙能够降低整体渣料的熔点，使渣料在化渣时达到良好的化渣效果，从而在重熔金属前避免金属中的镁和稀土的烧损。
本发明对所述CaF2的原料来源没有特殊要求，采用本领域熟知的市售CaF2产品原料即可。在本发明中，所述CaF2的原料的纯度优选为≥98％，更优选为≥99％。
按质量百分比计，本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的组分包括CaO 15％～21％，优选为16％～20％，更优选为18％～19％。在本发明中，添加CaO并将其含量控制在上述范围内，能够使渣料具有较强的脱硫能力的同时，使熔渣具有适宜的碱度和良好的流动性，从而使氧化物夹杂能够被熔渣层吸附，降低钢液熔体氧活度，进而降低钢液中的镁和稀土的烧损。
本发明对所述CaO的原料来源没有特殊要求，采用本领域熟知的市售CaO产品原料即可。在本发明中，所述CaO的原料的纯度优选为≥98％，更优选为≥99％。
按质量百分比计，本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的组分包括Al2O3 13％～19％，优选为14％～18％，更优选为15％～17％。在本发明中，通过添加Al2O3并将其含量控制在上述范围内，能够降低渣料的熔点，使渣料在加热时快速熔化并覆盖在钢液熔体表面，隔绝空气，避免钢液中的镁和稀土的烧损。
本发明对所述Al2O3的原料来源没有特殊要求，采用本领域熟知的市售Al2O3产品原料即可。在本发明中，所述Al2O3的原料的纯度优选为≥98％，更优选为≥99％。
按质量百分比计，本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的组分包括MgO 2％～6％，优选为3％～5％，更优选为4％～5％。在本发明中，通过添加MgO并将其控制在上述范围内，能够代替部分CaO改善渣料的熔点和熔渣的黏度，提高渣料的精炼效果；同时减少钢液中的镁向熔渣中的溶解，从而有效抑制钢液中的镁烧损。
本发明对所述MgO的原料来源没有特殊要求，采用本领域熟知的市售MgO产品原料即可。在本发明中，所述MgO的原料的纯度优选为≥98％，更优选为≥99％。
按质量百分比计，本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的组分包括稀土氧化物3％～7％，优选为4％～6％，更优选为5％～6％。在本发明中，通过添加稀土氧化物并控制在上述范围内，其在熔渣中直接以氧化物形式存在，减轻钢中稀土氧化过程，可以部分与夹杂物形成共同体并被熔渣捕捉吸附，从而有效降低钢液中的稀土烧损。
本发明对所述稀土氧化物的原料来源没有特殊要求，采用本领域熟知的市售稀土氧化物产品原料即可。在本发明中，所述稀土氧化物的原料的纯度优选为≥98％，更优选为≥99％。
在本发明中，所述稀土氧化物优选包括Ce2O3、La2O3或CeO2，当待重熔高氮钢中稀土元素为铈时，所述稀土氧化物更优选为Ce2O3。
在本发明中，所述抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料中还优选包括不可避免的杂质，所述杂质的质量百分比优选低于0.5％，更优选低于0.2％；所述杂质优选包括FeO、MnO和SiO2。在本发明中，通过控制FeO、MnO和SiO2这些变价氧化物的含量，能够有效抑制这些变价氧化物进入钢液中作为易氧化元素的氧化剂，从而避免由于渣料的添加造成钢液中的镁和稀土的二次氧化而烧损。
本发明提供的抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料以CaF2，CaO和Al2O3作为主要组元，同时辅助添加MgO和稀土氧化物组元并设计合理配比，能够提高熔渣中的MgO和稀土氧化物、平衡钢液中的氧活度，从而减轻钢液中的镁和稀土元素的烧损，既满足电渣重熔渣料对高温物理性质的要求，具备强的精炼和去夹杂能力，也能通过控制渣-金间的反应有效抑制钢液中镁和稀土元素氧化烧损，从而获得成分合格、表面质量良好和凝固组织致密的含镁和稀土的高品质高氮不锈钢电渣锭。
本发明对所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的制备方法没有特殊要求，采用本领域熟知的预熔渣制备方法即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法，包括：
使用所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，以待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；所述加压电渣重熔在加压氮气气氛下进行；所述加压电渣重熔精炼高氮钢用渣料的质量为自耗电极质量的4％～10％。
本发明使用所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，以待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭。在本发明中，通过在加压电渣重熔自耗电极高氮钢锭，即重熔过程中使用该渣料能够抑制自耗电极氧化皮和空气中的氧进入钢液，避免导致高氮钢中的镁和稀土烧损。
在本发明中，所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料在使用前优选进行干燥；所述干燥的温度优选为600～800℃；所述干燥的时间优选为6～8h。本发明通过对渣料进行干燥能够去除渣料中的自由水和结合水，避免其在精炼过程中挥发或分解产生氧导致的镁和稀土烧损。
在本发明中，所述待重熔高氮钢锭优选包括以下质量百分比的目标组分：C0.01％～1.1％，Mn 0％～20.0％，Cr 1.0％～22％，Si≤1.0％，Mo 0％～6.0％，Ni 0％～9％，N 0.05％～1.0％，S≤0.003％，P≤0.005％，Mg 0％～0.01％，RE 0％～0.015％，O≤0.0025％和余量Fe。本发明通过选用含有Mg 0～0.01％、RE 0～0.015％、O≤0.0025％的高氮钢锭作为待重熔高氮钢锭，可以更好地利用本发明制备的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料抑制镁和稀土的烧损。
在本发明中，所述待重熔高氮钢锭的制备方法优选包括：将高氮钢原料依次进行加压感应熔炼和浇注，得到待重熔高氮钢锭。
在本发明中，所述熔炼优选包括：将熔炼炉抽真空至≤10Pa，加入高氮钢原料加热至熔炼温度后立即加入碳粒，然后调节氮气压力至0.5～1.0MPa，最后采用镁和稀土复合处理。本发明通过先将熔炼炉抽真空能够避免高氮钢原料熔炼时接触空气发生氧化烧损，熔炼时加入碳粒能够对熔体进行进一步真空碳脱氧，有效避免镁和稀土的氧化烧损，然后进行氮气加压增加熔体中的氮含量，最后采用镁和稀土复合处理，既进行钢液深脱氧、深脱硫，也实现固溶镁和稀土的微合金化处理。
在本发明中，所述熔炼温度优选为1500～1550℃，更优选为1520～1540℃；所述熔炼的保温时间优选为15～25min，更优选为18～23min。本发明通过熔炼温度和熔炼保温时间在上述范围内，能够抑制易氧化合金元素的烧损，保证待重熔高氮钢锭的各元素含量更接近目标含量。
在本发明中，所述浇注优选为氮气增压浇注，所述氮气增压浇注的压力优选为1.0～2.0MPa，更优选为1.2～1.5MPa。本发明通过控制待重熔高氮钢锭的熔炼和浇注过程的参数，能够有效避免高氮钢铸锭中氮的逸出和在重熔前造成镁和稀土的烧损。
在本发明中，所述加压电渣重熔优选包括依次进行的化渣、重熔、补缩和脱锭。
在本发明中，所述化渣优选包括：先在电渣炉中安装自耗电极、装入起弧屑和渣料，然后充入氩气排除空气，氮气加压后进行固态渣起弧。
本发明对所述安装自耗电极的操作没有特殊要求，采用本领域熟知的安装自耗电极的操作以达到稳固的要求即可。
本发明对起弧屑的装入方式和装入量没有特殊要求，能够达到安全且稳定引弧使渣料熔化即可。
在本发明中，所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的质量为自耗电极质量的4％～10％，优选为5％～9％，更优选为6％～8％。本发明通过控制装入渣料的添加量在上述范围内，能够保证其熔化后形成的渣池充分地覆盖在钢液熔体表面，避免钢液熔体接触空气。
在本发明中，所述氩气的充入速率优选为10～20L/min，更优选为12～15L/min。本发明通过在起弧前充入氩气并将氩气充入速率控制在上述范围内，可以快速排除炉腔内残余的空气，可降低气氛氧化性，避免气氛中的氧导致镁和稀土烧损。
在本发明中，所述氮气加压的压强优选为1.0～2.0MPa，更优选为1.5～1.8MPa。本发明通过在化渣过程进行氮气加压后形成氮气氛围即作为整个加压电渣重熔的保护气体，同时将加压氮气的压强在上述范围内，能够抑制钢液中氮的逸出，同时还能够避免钢液接触空气中的氧、抑制镁蒸发和改善凝固组织。
在本发明中，所述重熔优选包括向熔渣中加入碳粒，所述碳粒的质量优选为自耗电极质量的0.005％～0.015％，更优选为0.008％～0.010％。本发明通过在重熔过程向熔渣中加入碳粒并控制其添加量在上述范围内，能够创造还原性渣池，降低熔渣中的溶解氧含量，避免溶解氧进入钢液，进一步降低钢液中镁和稀土的氧化烧损。
在本发明中，所述重熔时的自耗电极的熔化速率波动优选≤1.0kg/h。本发明通过控制自耗电极重熔时熔化速率的波动范围能够保证自耗电极均匀熔化，避免电渣锭成分不均匀。
在本发明中，所述补缩优选包括抬升自耗电极至脱离熔渣表面，降低电压至重熔电压的8％～15％，降低电流至重熔电流的30％～35％后，重新将自耗电极插入熔渣内部重熔2～4min。本发明通过采用以上所述补缩的方式，能够避免钢液在凝固时出现缩孔以及氮气逸出导致的气孔。
在本发明中，所述脱锭优选包括在补缩完成10～15min后将电渣炉泄压至常压并同步水冷；所述水冷后的电渣锭终温优选为≤300℃，更优选为≤250℃。本发明通过在补缩完成10～15min后将电渣炉泄压至常压并同步水冷，可以保证电渣锭在氮气加压氛围中凝固，避免其未完全凝固时接触空气而导致镁和稀土元素氧化以及氮的逸出，同时将水冷终温控制在上述范围内，更有利于脱锭。
本发明提供加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法，能够有效减轻钢液中的镁和稀土元素的烧损，制备得到的高氮钢电渣锭成分合格、表面质量良好和凝固组织致密，且工艺简单，容易实施。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
本实施例所用五元渣料的组分为：CaF251.8％、CaO 18.3％、Al2O3 16.8％、MgO4.2％、Ce2O36.1％，FeO、MnO和SiO2杂质氧化物的含量均低于0.2％；
待重熔高氮钢锭采用30Cr15Mo1N航空高氮不锈轴承钢(50kg)，其目标组分为：C0.3％，Mn 0.5％，Cr 15.2％，Si 0.7％，Mo 1.0％，Ni 0.3％，N 0.4％，S≤0.003％，P≤0.005％，O≤0.0015％，Mg 0.004％，Ce 0.007％和余量Fe；且该待重熔高氮钢锭具体制备方法如下：
按照目标组分配比将待重熔高氮钢锭的原料置于加压熔炼炉，依次进行熔炼和浇注，得到待重熔高氮钢锭；其中，熔炼过程为：将熔炼炉抽真空至6Pa以下，加热高氮钢原料至1550℃左右的熔炼温度后立即加入碳粒真空碳脱氧25min，然后调节氮气加压压力至0.65MPa，进行镁和稀土合金化；浇注过程在氮气压力为1.3MPa下进行增压浇注。
将上述得到的待重熔高氮钢锭进行成分分析，结果如下表1所示：
表1 30Cr15Mo1N待重熔高氮钢锭的成分(即自耗电极)
成分 C Si Mn Cr Mo Ni N P S Mg Ce Fe
含量(wt.％) 0.31 0.60 0.52 15.01 0.89 0.17 0.42 0.0032 0.0022 0.0051 0.0073 余量
本实施例加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法具体步骤如下：
将渣料先在烘干箱中以700℃对渣料进行预处理8h；使用预处理后的渣料，以上述制备得到的待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；
其中，加压电渣重熔为依次进行的化渣、重熔、补缩和脱锭；化渣过程为依次先在电渣炉中进行安装自耗电极、装入起弧屑和自耗电极质量4.5％(即实际质量为3.5kg)的渣料、以10L/min充入纯氩气排除空气、氮气加压至1.3MPa和固态渣起弧；重熔时加入自耗电极质量0.012％的碳粒，并控制重熔时自耗电极熔速波动在1.0kg/h以内；补缩时抬升自耗电极至脱离熔渣表面，降低电压10％、降低电流30％，待金属熔池缩小后缓降电极重新插入渣池，重熔4min完成补缩；脱锭时在补缩后10min后开启放气阀使炉内泄压至常压，同步降低结晶器夹层内冷却水压力；水冷终温为300℃后，脱出钢锭，得到30Cr15Mo1N高氮钢电渣锭。
对上述得到的30Cr15Mo1N高氮钢电渣锭成品进行成分分析，分析结果如下表2所示：
表2 30Cr15Mo1N高氮钢电渣锭成品进行成分分析结果
成分 C Si Mn Cr Mo Ni N P S Mg Ce Fe
含量(wt.％) 0.31 0.63 0.50 15.22 0.87 0.16 0.43 0.0021 0.0014 0.0033 0.0047 余量
根据表3对比本发明渣系以及电渣锭的化学分析结果可以发现，使用本发明渣料进行电渣重熔后制备得到的30Cr15Mo1N精炼高氮钢成品中易氧化元素收得率较高，其中，镁元素收得率(成品铸锭中合金元素含量与自耗电极中相应元素含量的比值)为64.7％，稀土铈元素收得率为64.4％。
实施例2
本实施例所用五元渣料的组分为：CaF2 51.5％、CaO 18.3％、Al2O3 16.6％、MgO3.6％、Ce2O3 7.5％，FeO、MnO和SiO2杂质氧化物的含量均低于0.2％；其中，渣料所用原料纯度均≥98％；
待重熔高氮钢锭采用30Cr15Mo1N航空高氮不锈轴承钢(50kg)，其目标组分为：C0.3％，Mn 0.5％，Cr 15.2％，Si 0.7％，Mo 1.0％，Ni 0.3％，N 0.4％，S≤0.003％，P≤0.005％，O≤0.0015％，Mg 0.004％，Ce 0.007％和余量Fe；且该重熔高氮钢锭具体制备方法如下：
按照目标组分配比将待重熔高氮钢锭的原料置于加压熔炼炉，依次进行熔炼和浇注，得到待重熔高氮钢锭；其中，熔炼过程为：将熔炼炉抽真空至4Pa以下，加热高氮钢原料至1550℃左右的熔炼温度后立即加入碳粒真空碳脱氧25min，然后调节氮气加压压力至0.65MPa，进行镁和稀土合金化；浇注过程在氮气压力为1.3MPa下进行增压浇注。
本实施例加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法具体步骤如下：
将渣料先在烘干箱中以700℃对渣料进行预处理8h；使用预处理后的渣料，以上述制备得到的待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到30Cr15Mo1N高氮钢电渣锭成品；其中，加压电渣重熔的步骤和参数的设定与实施例1相应步骤的参数相同。
对比例1
采用的渣料为常规622体系预熔渣S1，该渣料组分为CaF260％、CaO20％、Al2O320％；
采用实施例2制备得到的待重熔高氮钢锭作为自耗电极，以及采用与实施例2相同的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法，最终制备得到S1-铸锭。
将实施例2得到的30Cr15Mo1N高氮钢电渣锭成品命名S2-铸锭，将实施例2的S2-铸锭和对比例1的S1-铸锭进行成分分析，分析结果如下表3所示：
表3自耗电极、S1-铸锭和S2-铸锭成分分析结果/含量(wt.％)
成分 C Si Mn Cr Mo Ni N P S Mg Ce Fe
自耗电极 0.29 0.62 0.45 15.62 1.02 0.09 0.39 0.0023 0.0026 0.0044 0.0071 余量
S1-铸锭 0.29 0.61 0.42 15.61 0.97 0.09 0.42 0.0019 0.0014 0.0019 0.0029 余量
S2-铸锭 0.29 0.64 0.43 15.55 1.00 0.09 0.40 0.0017 0.0018 0.0031 0.0043 余量
根据表3对比本发明渣系以及电渣锭的化学分析结果可以发现，使用本发明渣料进行电渣重熔后制备得到的30Cr15Mo1N高氮钢电渣锭成品中易氧化元素收得率较高，其中，镁元素收得率(成品铸锭中合金元素含量与自耗电极中相应元素含量的比值)为由S1-铸锭的43.2％提高到了70.45％，稀土铈元素收得率由S1-铸锭的40.8％提高到了60.5％。
实施例3
本实施例所用五元渣料的组分为：CaF2 54％、CaO 17.2％、Al2O3 14.6％、MgO4.8％、Ce2O3 6.0％，FeO、MnO和SiO2杂质氧化物的含量均低于0.2％；
待重熔高氮钢锭采用55Cr18Mo1VN高氮耐蚀塑料模具钢(50kg)，其目标组分为：C0.55％，Mn 0.4％，Cr 17.5％，Si 0.45％，Mo 0.9％，V 0.1％，N 0.26％，S≤0.004％，P≤0.01％，O≤0.002％，Mg 0.0035％，Ce 0.0055％和余量Fe；且该待重熔高氮钢锭具体制备方法如下：
按照目标组分配比将待熔炼高氮钢锭的原料置于加压熔炼炉，依次进行熔炼和浇注，得到待重熔高氮钢锭；其中，熔炼过程为：将熔炼炉抽真空至4Pa以下，加热高氮钢原料至1550℃左右的熔炼温度后立即加入碳粒真空碳脱氧25min，然后调节氮气加压压力至0.50MPa，进行镁和稀土合金化；浇注过程在氮气压力为1.2MPa下进行增压浇注。
本实施例加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法具体步骤如下：
将渣料先在烘干箱中以800℃对渣料进行预处理6h；使用预处理后的渣料，以上述制备得到的待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到55Cr18Mo1VN高氮钢电渣锭成品；
其中，加压电渣重熔为依次进行的化渣、重熔、补缩和脱锭；化渣过程为依次先在电渣炉中进行安装自耗电极、装入起弧屑和自耗电极质量4.5％(即实际质量为3.5kg)的渣料、以15L/min充入高纯氩气排除空气、氮气加压至1.5MPa和固态渣起弧；重熔时加入自耗电极质量0.006％的碳粒，并控制重熔时自耗电极熔速波动在1.0kg/h以内；补缩时抬升自耗电极至脱离熔渣表面，降低电压10％、降低电流30％，待金属熔池缩小后缓降电极重新插入渣池，重熔4min完成补缩；脱锭时在补缩后10min后开启放气阀使炉内泄压至常压，同步降低结晶器夹层内冷却水压力；水冷终温为300℃后，脱出钢锭，得到55Cr18Mo1VN高氮钢电渣锭成品。
对上述得到的55Cr18Mo1VN高氮钢电渣锭成品进行成分分析，分析结果如下表4所示：
表4自耗电极和成品铸锭的成分分析结果/含量(wt.％)
成分 C Si Mn Cr Mo V N P S Mg Ce Fe
自耗电极 0.52 0.47 0.38 17.76 0.97 0.11 0.31 0.0076 0.0039 0.0035 0.0055 余量
成品铸锭 0.52 0.49 0.36 17.62 0.97 0.10 0.32 0.0043 0.0018 0.0025 0.0039 余量
根据表4对比本发明渣系以及电渣锭的化学分析结果可以发现，使用本发明渣料进行电渣重熔后制备得到的55Cr18Mo1VN精炼高氮耐蚀塑料模具钢成品中易氧化元素收得率较高，镁元素收得率(成品铸锭中合金元素含量与自耗电极中相应元素含量的比值)为71.4％，稀土铈元素收得率为70.9％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，包括如下质量百分比的组分：CaF250％～58％，CaO 15％～21％，Al2O313％～19％，MgO 2％～6％和稀土氧化物3％～7％；
所述的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法，包括：
使用所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，以待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；所述加压电渣重熔在加压氮气气氛下进行；所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的质量为自耗电极质量的4％～10％；
所述氮气的压强为1.0～2.0MPa；
所述加压电渣重熔包括依次进行的化渣、重熔、补缩和脱锭；
所述重熔过程中向渣池加入碳粒，所述碳粒的质量为自耗电极质量的0.005％～0.015％。
2.如权利要求1所述的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，其特征在于，所述渣料还包括不可避免的杂质，所述杂质的质量百分比低于0.5％。
3.如权利要求2所述的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，其特征在于，所述杂质包括FeO、MnO和SiO2。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的使用方法，包括：
使用所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料，以待重熔高氮钢锭作为自耗电极进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；所述加压电渣重熔在加压氮气气氛下进行；所述加压电渣重熔制备高氮钢用渣料的质量为自耗电极质量的4％～10％；
所述氮气的压强为1.0～2.0MPa；
所述加压电渣重熔包括依次进行的化渣、重熔、补缩和脱锭；
所述重熔过程中向渣池加入碳粒，所述碳粒的质量为自耗电极质量的0.005％～0.015％。
5.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述化渣包括先在电渣炉中安装自耗电极、装入起弧屑和渣料，然后充入氩气排除空气，氮气加压后进行固态渣起弧。
6.如权利要求4所述的渣料的使用方法，其特征在于，所述补缩包括抬升自耗电极至脱离熔渣表面，降低电压至重熔电压的8％～15％，降低电流至重熔电流的30％～35％后，重新将自耗电极插入熔渣内部重熔2～4min。
7.如权利要求4所述的渣料的使用方法，其特征在于，所述脱锭包括在补缩完成10～15min后将电渣炉泄压至常压并同步水冷。
CN202110652012.2A 2021-06-11 2021-06-11 一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法 Active CN113337727B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110652012.2A CN113337727B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110652012.2A CN113337727B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113337727A CN113337727A (zh) 2021-09-03
CN113337727B true CN113337727B (zh) 2022-10-14

Family

ID=77476594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110652012.2A Active CN113337727B (zh) 2021-06-11 2021-06-11 一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113337727B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114107685B (zh) * 2021-10-22 2023-07-25 河钢股份有限公司 一种高氮奥氏体不锈钢的电渣重熔补缩工艺
CN114032461B (zh) * 2021-11-04 2022-05-27 华北理工大学 一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢及其制备方法
CN114045402B (zh) * 2021-11-16 2023-04-25 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 含氟碳酸钙稀土精矿的电渣重熔渣系
CN114672611B (zh) * 2022-03-11 2023-08-25 钢铁研究总院有限公司 一种冶炼稀土钢过程中提高稀土收得率的方法
CN114703338B (zh) * 2022-03-11 2023-08-25 内蒙古包钢钢联股份有限公司 一种冶炼稀土钢的精炼渣及其稀土损耗控制方法
CN116426820A (zh) * 2023-03-22 2023-07-14 鞍钢股份有限公司 一种不锈钢及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09104928A (ja) * 1995-10-05 1997-04-22 Hitachi Metals Ltd エレクトロスラグ再溶解法
JP2013049908A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Jfe Steel Corp エレクトロスラグ再溶解法による高純度鋼の溶製方法
CN105603203A (zh) * 2016-01-22 2016-05-25 东北大学 一种提高Mn18Cr18N钢热加工性能的方法
CN109777919A (zh) * 2019-03-05 2019-05-21 河南中原特钢装备制造有限公司 降低电渣锭氧含量的重熔方法及重熔渣系
CN111748696A (zh) * 2020-05-22 2020-10-09 重庆材料研究院有限公司 用于高放废料玻璃固化容器核级不锈钢电渣重熔渣料及采用该电渣重熔的方法
CN112899438A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 东北大学 一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09104928A (ja) * 1995-10-05 1997-04-22 Hitachi Metals Ltd エレクトロスラグ再溶解法
JP2013049908A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Jfe Steel Corp エレクトロスラグ再溶解法による高純度鋼の溶製方法
CN105603203A (zh) * 2016-01-22 2016-05-25 东北大学 一种提高Mn18Cr18N钢热加工性能的方法
CN109777919A (zh) * 2019-03-05 2019-05-21 河南中原特钢装备制造有限公司 降低电渣锭氧含量的重熔方法及重熔渣系
CN111748696A (zh) * 2020-05-22 2020-10-09 重庆材料研究院有限公司 用于高放废料玻璃固化容器核级不锈钢电渣重熔渣料及采用该电渣重熔的方法
CN112899438A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 东北大学 一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113337727A (zh) 2021-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113337727B (zh) 一种抑制镁和稀土烧损的加压电渣重熔制备高氮钢用渣料及其使用方法
CN112899438B (zh) 一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法
CN110408803B (zh) 一种用于镍基高温合金母合金的纯净化熔炼方法
CN110578073B (zh) Gh4169镍基合金的冶炼方法
CN111041352B (zh) 一种切割金刚线用盘条炉外精炼生产方法
CN114369736B (zh) 一种提高返回料使用比例的镍基高温合金及冶炼工艺
CN114318109B (zh) 一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法
CN102776379A (zh) 电渣重熔渣系及其应用
CN115094263B (zh) 铜铬锆系合金用变质剂合金、其制备方法及应用
CN113088623A (zh) 一种超纯G102Cr18Mo不锈轴承钢的制备方法
CN115948657A (zh) 一种高温合金返回料的纯净化回收方法
WO1996017093A1 (fr) Procede d'affinage de metal en fusion
RU2398905C1 (ru) Способ получения жаропрочных никелевых сплавов путем переработки металлических отходов
CN103243196A (zh) 一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法
CN112662922A (zh) 一种再生变形铝合金熔体
CN106521081A (zh) 降低轧辊用钢中夹杂物含量的冶炼方法
CN113388740B (zh) 一种提高加压电渣重熔高氮马氏体不锈钢洁净度的方法
JP2019526708A (ja) 合金鋼の製造方法
KR20210037114A (ko) 일렉트로 슬래그 재용융 공정을 이용한 잉곳의 제조방법 및 이를 이용한 고청정 다이캐스팅용 금형강의 제조방법
CN104087760A (zh) 大型高温合金铸件金属冶炼方法
CN114774624B (zh) 一种特殊钢及其制备方法
CN116287812B (zh) 一种不含铝高温合金的熔炼方法
CN116200660B (zh) 一种高性能模具钢及其制造方法
KR101647206B1 (ko) 크롬 함유 용선의 탈린 방법 및 스테인리스 강의 제조방법
CN107641681B (zh) 一种新型炼钢用复合脱氧剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant