CN113444890B - 高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，旨在解决现有技术中大吨位电渣锭补缩端出现缩孔、夹渣等缺陷部位较深的技术问题。本发明的补缩生产方法，在进行正常补缩期前，母材重量剩余20～30％时，降低设定熔速至正常熔速的60～80％(按母材重量逐渐递减熔速)，再根据不同锭型预留5～7％重量母材进入正常补缩。本发明的方法能够有效优化气体保护电渣炉电渣锭的补缩效果，改善电渣锭补缩端质量，使电渣锭补缩端切头量减少，成材率高，经济效益好。
Description
技术领域
本发明属于电渣重熔特种冶炼技术领域，具体涉及一种高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法。
背景技术
电渣重熔(ESR)是在水冷结晶器中利用电流通过熔渣时产生的电阻热将金属或合金重新熔化和精炼，并顺序凝固成钢锭或铸件的一种特种冶金方法。附图1所示为电渣重熔的原理图，在铜制水冷结晶器中加入固态或液态炉渣，将自耗电极的端部插入其中；当自耗电极(或称“母材”)、炉渣和底水箱通过短网与变压器形成供电回路时，便有电流从变压器输出，通过液态熔渣。由于上述供电回路中，熔渣的电阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生了大量的焦耳热，使其处于高温熔融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点，从而使自耗电极的端部逐渐加热熔化，熔化的金属聚集成液滴，在重力的作用下金属熔滴从电极端头脱落，穿过渣池进入金属熔池，由于水冷结晶器的强制冷却，液态金属逐渐凝固成钢锭，在正常重熔期，电流从电极进入渣池后，要通过金属熔池和凝固钢锭再由底水箱和短网返回变压器。电渣重熔产品性能优异，生产的金属纯净度高、成分和组织均匀，结构致密。
目前，钢厂生产的电渣钢锭吨位(截面积)越来越大，但成材率普遍不高，尤其是大吨位电渣锭，相比小电渣锭，8～20吨电渣锭补缩端较深部位(离钢锭端面更远位置)存在缩孔、夹渣等缺陷。
母材电渣重熔成钢锭的传统工艺过程分三个阶段，即：启动阶段、稳定阶段和补缩阶段。为改善电渣锭最后凝固(补缩)端的质量，现有技术中，多采用电渣锭补缩工艺，在母材重熔后期，预留约7～10wt％的母材进行熔化充填(即“补缩”)，补缩阶段从开始至结束整个过程是逐步降低电压、电流，从而使母材熔化速度下降，使金属熔池深度逐渐变浅，达到“补缩充填”目的。
然而，由于8～20吨电渣锭截面较大，金属熔池较深，而电渣重熔补缩过程电流、电压非常不稳定，波动大，但整个电渣重熔阶段的水冷强度是稳定不变的。因此，8～20吨电渣锭补缩端较深部位易出现缩孔、夹渣等缺陷，且锭型越大其补缩端出现缩孔、夹渣等缺陷部位越深，严重影响补缩端质量，成品钢锭切除部分越多，限制了电渣锭锻造品质和成材率。
因此，如何能够改善电渣锭的补缩端质量，提高电渣锭成材率，创造更高经济效益，成为当前亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于：针对8～20吨较大电渣锭，提供一种高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，以期解决现有技术中大吨位电渣锭补缩端出现缩孔、夹渣等缺陷部位较深(距离钢锭端面较远)的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：电渣重熔启动阶段、电渣重熔稳定阶段、电渣重熔预补缩阶段及电渣重熔补缩阶段；所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速介于所述电渣重熔稳定阶段的自耗电极熔速和所述电渣重熔补缩阶段的自耗电极熔速之间，所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速随着自耗电极重量减轻逐渐降低。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，当所述电渣重熔稳定阶段的自耗电极的剩余重量为初始重量的20-30％时，进入所述电渣重熔预补缩阶段。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速降低至所述电渣重熔稳定阶段的自耗电极熔速的60-80％。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，当所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极的剩余重量为初始重量的5-7％时，进入所述电渣重熔补缩阶段。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，所述大吨位电渣锭为8-20吨电渣锭。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，随着所述电渣锭锭型吨位的增大，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速降低幅度越大。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，对于8吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的77-82％；
对于10吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的72-77％；
对于16吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的67-72％；
对于20吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的62-67％。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，通过对电渣炉电压和电流的调节进而控制所述自耗电极的熔速，所述电渣炉为气体保护电渣炉。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，所述电渣炉内充入有保护气体，所述保护气体包括Ar或N2。
在如上所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，优选，所述电渣炉设置有自动控制系统，所述自动控制系统可根据自耗电极的重量设置相应的熔速，以实现自动控制熔速的均匀下降。
有益效果：
本发明的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法在母材(自耗电极)重熔后期，正常补缩阶段前，提前预留一定重量的母材增加了采用“较低熔速”熔化的“预补缩期”，使金属熔池提前变浅，最后再正常补缩充填。
1.本发明的方法能够有效优化气体保护电渣炉电渣锭的补缩效果，改善电渣锭补缩端质量。
2.本发明的方法生产的电渣锭补缩端出现缩孔、夹渣等缺陷的部位也较浅(离钢锭端面更近)，进而减少电渣锭补缩端切头量，经济效益高。
3.本发明的方法生产的电渣锭补缩端切头量减少，成材率高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例中电渣重熔的原理图；
图2为本发明实施例中大吨位电渣锭的补缩生产方法的工艺路线图；
图3为本发明实施例1中的电渣锭补缩端头锯切后截面照片；
图4为本发明实施例1中的锯下的钢头沿直径剖开后的照片；
图5为本发明实施例1中的锯下的钢头心部缺陷位置照片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中按“预补缩工艺”各生产2支8.0t、10t、16t、20t电渣锭(其中各有1支8.0t、10t、16t锭先锯切再成材，另1支8.0t、10t、16t锭及2支20t锭直接成材)，对比例中冶炼有多支电渣锭(按传统工艺生产8.0t、10t、16t、20t锭较多，对比例中只给出1个电渣锭成材率数据，也即是没有锯切的电渣锭成材率)，实施例中的两支电渣锭(8.0t、10t、16t锭)，其中一支进行补缩端锯切，另外一支电渣锭不锯切直接成材(20t锭直径太大，锯切困难，未锯切，2支20t锭直接成材)。在以下实施例中所涉及的设备如无特别说明，均为常规设备；所涉及的生产工艺，如无特别说明，均为常规方法；所涉及的气体保护电渣炉，型号为门架式气体保护电渣炉，购自Inteco公司。
气体保护电渣炉在水冷结晶器上方有保护罩，将电极夹头、自耗电极整体罩住，整个重熔过程可充Ar、N2等气体保护，并在保护罩内进行，气体保护电渣炉可直接控制“母材熔化速度”(简称“熔速”)。只需根据“母材重量”设置对应的“熔速”，自动均匀下降熔速。
本发明提供的一种高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
电渣重熔启动阶段、电渣重熔稳定阶段、电渣重熔预补缩阶段和电渣重熔补缩阶段；
电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速处于电渣重熔稳定阶段和电渣重熔补缩阶段的自耗电极熔速之间，通过对电渣炉电压和电流的调节进而控制自耗电极的熔速，电渣重熔预补缩阶段随着自耗电极重量减轻熔速逐渐降低。
本发明中的大吨位电渣锭为8～20吨(比如8吨、10吨、16吨、20吨等)电渣锭。
本发明的具体实施例中，自耗电极的剩余重量为初始重量的20-30％(比如21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％)时，进入电渣重熔预补缩阶段。自耗电极的剩余重量为初始重量的5-7％(比如5.2％、5.4％、5.6％、5.8％、6％、6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％)时，进入电渣重熔补缩阶段。
本发明的具体实施例中，电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速降低至电渣重熔稳定阶段的熔速的60-80％(比如62％、64％、66％、68％、70％、72％、74％、76％、78％、80％)。
本发明的具体实施例中，随着电渣锭锭型吨位的增大，电渣重熔预补缩阶段的熔速降低幅度越大。
对于8吨的电渣锭锭型，电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的77-82％(比如78％、79％、80％、81％)，优选为80％；
对于10吨的电渣锭锭型，电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的72-77％(比如73％、74％、75％、76％)，优选为75％；
对于16吨的电渣锭锭型，电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的67-72％(比如68％、69％、70％、71％)，优选为70％；
对于20吨的电渣锭锭型，电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的62-67％(比如63％、64％、65％、66％)，优选为66％。
本发明的具体实施例中，电渣炉为气体保护电渣炉。电渣炉内充入有保护气体，保护气体包括Ar或N2。
气体保护电渣炉设置有自动控制系统，自动控制系统可根据自耗电极的重量设置相应的熔速，以实现自动控制熔速的均匀下降。
①在电渣重熔启动阶段、电渣重熔稳定阶段中，随着电渣重熔的进行，母材重量不断减少。
②在电渣重熔稳定阶段后期，当母材剩余重量为初始重量的20-30％时(不同锭型进入预补缩阶段母材剩余重量不同)进入“预补缩”，电渣重熔预补缩阶段与电渣重熔稳定阶段的电渣重熔过程一样，仍采用“熔速”控制，只是熔速较低，降至正常熔速的60-80％(电渣重熔预补缩阶段过程中按母材重量逐渐递减熔速)，使金属熔池慢慢变浅；母材重量随着电渣重熔不断减少。
③当母材剩余重量达到5-7％(母材预留重量比传统电渣重熔补缩的要少)时，进入正常电渣重熔补缩阶段，按传统补缩工艺进行补缩填充。此阶段重熔过程不稳定，易出现“缩孔”、“夹渣”等缺陷。
本发明的生产方法生产的电渣锭补缩端：由于电渣重熔后期经过一个“较低熔化速度”的重熔阶段，其金属熔池深度已逐步变浅，再经过补缩阶段(不稳定过程)，出现“缩孔”、“夹渣”等缺陷的部位也变浅(离钢锭端面更近)。进而达到减少电渣锭补缩端切头量，改善电渣锭补缩端质量的目的。
下述实施例中所指的钢锭即为电渣锭。图2为本发明实施例中大吨位电渣锭的补缩生产方法的工艺路线图。
实施例1
(1)本实施例提供的一种锭型8t(Ф750mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)取电渣锭产品(其中一支产品)，沿电渣锭补缩端锯切线(按距端部140mm)锯切，如图3所示，锯切后电渣锭补缩端的截面未发现缺陷，将锯下的钢头沿中间解剖线(即直径方向)剖开，剖开后的钢头如图4所示，检测锯下的钢头心部缺陷情况(即距端部深度)，心部缺陷如图5所示，端部钢锭的心部出现缩孔、夹渣的位置。
结果显示，检测8t(Ф750mm)钢锭缺陷位置为92mm，即钢锭出现缩孔、夹杂的位置距离端部深度为92mm。
(3)取两支电渣锭产品(锯切锭1支即样品1、未锯切锭1支即样品2)锻造成材，检测其成材率。
结果显示，冷锭成材Ф350mm，按140mm长锯切的钢锭的成材率为84.73％(按“预补缩工艺”生产2支8.0t锭，其中有1支8.0t锭按140mm锯切，切除较多，因此成材率低)，未锯切的钢锭的成材率为86.26％。按“预补缩工艺”生产2支8.0t锭，有1支8.0t锭直接成材，未锯切的锭直接成材，成材率高。
对比例1
本对比例提供的一种传统锭型8t(Ф750mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下表2中的步骤：
(2)采用实施例1中的相同的切割方法，检测锯下的钢头心部出现缩孔、夹渣的位置(即距端部深度)。
检测结果显示，检测8t(Ф750mm)钢锭缺陷位置为134mm，即钢锭出现缩孔、夹杂的位置距离端部深度为134mm。
(3)采用对比例1中方法取1支制备的电渣锭产品锻造成材(未锯切)，并检测其成材率。
结果显示，冷锭成材Ф350mm，钢锭样品的成材率为84.63％。
本对比例中按照传统工艺生产有多支8.0t锭，其补缩端按140mm锯切，均能将缺陷切净。本对比例中给出1个成材率数据可与实施例中“预补缩工艺”未锯切的电渣锭比较。经过比较可知，实施例1中的未锯切电渣锭的成材率高于对比例1中未锯切电渣锭的成材率。
实施例1中“预补缩工艺”生产的钢锭，有1支锭也按140mm锯切，是为了确认缺陷位置，切除较多，其成材率与对比例1中传统工艺生产的未锯切电渣锭相当。
实施例2
(1)本实施例提供的一种锭型10t(Ф900mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)采用实施例1中的切割方法，按距端部170mm锯切解剖，检测锯下的钢头心部出现缩孔、夹渣的位置(即距端部深度)。
检测结果显示，检测10t(Ф900mm)钢锭缺陷位置为113mm，即钢锭出现缩孔、夹杂的位置距离端部深度为113mm。
(3)采用实施例1中方法取两支电渣锭产品锻造成材，并检测其成材率。
结果显示，冷锭成材Ф400mm，钢锭样品1(按170mm长锯切锭)的成材率为82.5％(按“预补缩工艺”生产2支10t锭，其中1支10t锭先按170mm锯切，切除较多，成材率低)，钢锭样品2(未锯切锭)的成材率为84.17％。按“预补缩工艺”生产2支10t锭，有1支10t锭直接成材，未锯切的锭直接成材，成材率高。
对比例2
本对比例提供的一种传统锭型10t(Ф900mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)采用实施例1中的切割方法，按距端部170mm锯切解剖，检测锯下的钢头心部出现缩孔、夹渣的位置(即距端部深度)。
检测结果显示，检测10t(Ф900mm)钢锭缺陷位置为155mm，即钢锭出现缩孔、夹杂的位置距离端部深度为155mm。
(3)采用实施例1中方法取1支电渣锭产品锻造成材，并检测其成材率。
结果显示，冷锭成材Ф400mm，钢锭样品的成材率为82.54％。
本对比例中按照传统工艺生产多支10t锭，其补缩端按170mm锯切，均能将缺陷切净。本对比例中给出1个成材率数据可与“预补缩工艺”未锯切的电渣锭比较。实施例2中“预补缩工艺”生产的钢锭，有1支锭也按170mm锯切，是为了确认缺陷位置，切除较多，其成材率与对比例2中传统工艺未锯切电渣锭相当。
实施例3
(1)本实施例提供的一种锭型16t(Ф1050mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)采用实施例1中的切割方法，按距端部190mm锯切解剖，检测锯下的钢头心部出现缩孔、夹渣的位置(即距端部深度)。
检测结果显示，检测16t(Ф1050mm)钢锭缺陷位置为145mm，即钢锭出现缩孔、夹杂的位置距离端部深度为145mm。
(3)采用实施例1中方法取两支电渣锭产品锻造成材，并检测其成材率。
结果显示，冷锭成材Ф500mm，钢锭样品1(按190mm长锯切锭)的成材率为80.79％(按“预补缩工艺”生产2支16t锭，有1支16t锭先按190mm锯切，切除较多，成材率低)，钢锭样品2(未锯切锭)的成材率为82.11％。按“预补缩工艺”生产2支16t锭，有1支16t锭直接成材，未锯切的锭直接成材，成材率高。
对比例3
本对比例提供的一种传统锭型16t(Ф1050mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)采用实施例1中的切割方法，按距端部190mm锯切解剖，检测锯下的钢头心部出现缩孔、夹渣的位置(即距端部深度)。
结果显示，检测10t(Ф900mm)钢锭缺陷位置为176mm，即钢锭出现缩孔、夹杂的位置距离端部深度为176mm。
(3)采用实施例1中方法取1支电渣锭产品锻造成材，并检测其成材率。
检测结果显示，冷锭成材Ф500mm，钢锭样品的成材率为80.87％。
本对比例中按照传统工艺生产多支16t锭，其补缩端按190mm锯切，均能将缺陷切净。对比例中给出1个成材率数据可与“预补缩工艺”生产的电渣锭比较。“预补缩工艺”生产的钢锭，有1支锭也按190mm锯切，是为了确认缺陷位置，切除较多，其成材率与对比例3中传统工艺生产的电渣锭相当。
实施例4
(1)本实施例提供的一种锭型20t(Ф1200mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)取两支电渣锭产品红送锻造成材(冶炼完的电渣锭，在红热态下送锻造加热炉，具体加热工艺随品种而异，一般模具钢加热到1240℃-1260℃，保温20小时后，锻造成材)，检测实施例1方法生产的钢锭成材率。
检测结果显示，红送直接成材Ф700mm(镦拔成材：1镦1拔)，钢锭样品1的成材率为80.15％，钢锭样品2的成材率为80.29％(20t锭直径较大，锯切很困难，故未锯切)。
对比例4
本对比例提供的一种传统锭型20t(Ф1200mm)电渣锭的补缩生产方法，包括以下步骤：
(2)采用实施例4中方法取1支电渣锭产品锻造成材，并采用实施例1的方法检测其成材率。
检测结果显示，红送直接成材Ф700mm(镦拔成材：1镦1拔)，钢锭样品的成材率为78.4％。
以下表1中数据为实施例1-3和对比例1-3中工艺生产的电渣锭的缺陷位置汇总，表2为实施例1-4和对比例1-4中工艺生产的电渣锭成材率数据汇总。
表1实施例1-3和对比例1-3中缺陷位置汇总
表2实施例1-4和对比例1-4中生产的电渣锭成材率汇总
综上所述：本发明中高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法工艺简单、易操作，所生产的8～20t较大电渣锭，其补缩端质量有明显改善，钢锭锻造成材率也得到了提升；该生产方法可推广使用生产8t(Ф750mm)、10t(Ф900mm)、16t(Ф1050mm)、20t(Ф1200mm)电渣锭。本发明的方法能够有效优化气体保护电渣炉电渣锭的补缩效果，改善电渣锭补缩端质量，使电渣锭补缩端切头量减少，成材率高，经济效益好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，其特征在于，所述电渣锭为钢锭，所述方法包括依次进行的以下步骤：电渣重熔启动阶段、电渣重熔稳定阶段、电渣重熔预补缩阶段及电渣重熔补缩阶段；所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速介于所述电渣重熔稳定阶段的自耗电极熔速和所述电渣重熔补缩阶段的自耗电极熔速之间，所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速随着自耗电极重量减轻逐渐降低；
当所述电渣重熔稳定阶段的自耗电极的剩余重量为初始重量的20-30%时，进入所述电渣重熔预补缩阶段；当所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极的剩余重量为初始重量的5-7%时，进入所述电渣重熔补缩阶段；
所述大吨位电渣锭为8-20吨电渣锭，所述电渣重熔预补缩阶段的自耗电极熔速降低至所述电渣重熔稳定阶段的自耗电极熔速的60-80％，随着所述电渣锭锭型吨位的增大，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速降低幅度越大；
对于8吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的77-82%；
对于10吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的72-77%；
对于16吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的67-72%；对于20吨的电渣锭锭型，所述电渣重熔预补缩阶段的熔速逐渐递减至电渣重熔稳定阶段熔速的62-67%；
在所述电渣重熔启动阶段，通过对电渣炉电压和电流的调节进而控制所述自耗电极的熔速；
在所述电渣重熔补缩阶段，通过对电渣炉电压和电流的调节进而控制所述自耗电极的熔速，所述自耗电极的熔速呈下降趋势；
在所述电渣重熔预补缩阶段，所述电渣炉设置有自动控制系统，所述自动控制系统可根据自耗电极的重量设置相应的熔速，以实现自动控制熔速的均匀下降。
2.如权利要求1所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，其特征在于，所述电渣炉为气体保护电渣炉。
3.如权利要求2所述的高质量大吨位电渣锭的补缩生产方法，其特征在于，所述电渣炉内充入有保护气体，所述保护气体包括Ar或N2。
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