CN113981235B - 含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，属于钢铁冶炼领域。含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其成分按质量百分比为：CaF257‑68％，Al2O36‑10％，CaO 1‑12％，RE2O317‑25％，余量为不可避免的杂质；其中RE为Ce、La、Pr、Nd中至少一种。本发明通过添加氟碳酸稀土精矿的方式在电渣重熔时向渣系中释出稀土氧化物，相对于传统工艺中直接添加稀土氧化物成本更低，本发明适用于高端特殊钢，即要求低氧含量(≤15ppm)的钢种，采用本发明的技术方案，可在低氧含量的电渣重熔稳定生产中应用，简单易行，可有效解决现有电渣重熔超低控氧渣系成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼领域，涉及一种电渣重熔渣系，具体涉及一种含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系。
背景技术
电渣重熔是制备高品质特殊钢的主要方法之一，其优点包括可进一步改善钢的纯净度、均匀性和致密度。钢的洁净度是影响特殊钢疲劳寿命的重要因素，特别是轴承钢、热作模具钢等。电渣重熔钢锭中的氧主要来源有：自耗电极中的原始氧、在自耗电极制造和重熔时表面氧化生成的氧化铁皮、重熔渣料带入的不稳定氧化物和电渣重熔过程渣池上方不同气氛氧分压中的氧等。
电渣重熔过程的电渣锭氧的去除和增加过程都离不开渣钢平衡反应，研究者大多采用自耗电极初始氧含量及氧化物夹杂的控制、自耗电极的表面处理及准备工作、电渣重熔渣系成分优化、电渣重熔过程气相氧分压控制、优化电渣重熔过程脱氧制度、填充比、重熔速率等工艺参数等影响电渣重熔钢锭氧含量的因素来开展降低电渣重熔锭氧含量的工作。
2013年12月25日CN103468964A公开了一种同时控制电渣锭氢-氧含量的新渣系及其制备方法，该渣系成分及重量百分比为：CaF243-47％，CaO 18-22％，Al2O34-6％，MgO 8-12％，Ce2O314-16％，La2O34-6％；其制备方法是在渣料中直接配氧化铈粉末和氧化镧粉末，成本高，且由于纯稀土氧化物熔点很高，因此需要预熔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有电渣重熔超低控氧渣系成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其成分按质量百分比为：CaF257-68％，Al2O36-10％，CaO 1-12％，RE2O317-25％，余量为不可避免的杂质；其中RE为Ce、La、Pr、Nd中至少一种。
上述含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其原料为萤石、高铝矾土熟料、石灰石和氟碳酸稀土精矿，原料配比根据实际所需的渣系成分配制得到。
进一步的是，上述原料的粒度＜1mm。
更进一步的是，将上述原料在400℃下干燥＞4h后使用。
上述氟碳酸稀土精矿的成分为＞95％的RECO3F及不可避免的杂质；其中RE主要为Ce、La、Pr、Nd及其它微量稀土元素；所述杂质主要为SiO2及P、S、Fe的氧化物。
上述萤石中CaF2的质量百分比＞90％；高铝矾土熟料中Al2O3的质量百分比＞85％；石灰石中CaO的质量百分比＞54％。
本发明的有益效果是：本发明采用的氟碳酸稀土精矿在电渣重熔的高温过程中可以分解得到稀土氧化物，得到的稀土氧化物种类主要为Ce2O3、La2O3、Pr2O3、Nd2O3和其他微量伴生稀土氧化物。重熔过程中渣池表层温度超过了氟碳酸稀土精矿和石灰石的热分解温度，两者热分解形成的CO2气层，可以减少气氛氧对电极棒和渣的氧化；同时生成的CaO与RE2O3在重熔过程对钢液的渣洗可去除大颗粒夹杂物，并对钢进行了微量稀土处理，使钢的洁净度得到了改善。
本发明使用氟碳酸稀土精矿和微量的石灰石代替传统工艺中的石灰，相较于传统的渣系更耐受潮湿，可以避免CaO吸潮；本发明通过添加氟碳酸稀土精矿的方式在电渣重熔时向渣系中释出稀土氧化物，相对于传统工艺中直接添加稀土氧化物成本更低，同时由于纯稀土氧化物熔点很高，直接添加纯稀土氧化物的电渣渣系在使用前需要预熔，而本发明的含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系则可以直接使用，操作更便捷，更节省能源。
本发明适用于高端特殊钢，即要求低氧含量(≤15ppm)的钢种，采用本发明的技术方案，在低氧含量的电渣重熔稳定生产中应用，简单易行，成本更低。另外，针对高端轴承钢、高端热作模具钢，采用本发明技术方案，可控制低的氧含量；同时，若原生产工艺中需要稀土微处理的，采用本发明的渣系，可将自耗电极母材制备工艺中的稀土微处理工序省掉，本发明的渣系不仅可以控氧还能使钢的洁净度得到改善。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其成分按质量百分比为：CaF257-68％，Al2O36-10％，CaO 1-12％，RE2O317-25％，余量为不可避免的杂质；其中RE为Ce、La、Pr、Nd中至少一种。
上述含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其原料为萤石、高铝矾土熟料、石灰石和氟碳酸稀土精矿，原料配比根据实际所需的渣系成分配制得到。
为了便于渣料各组元的混匀和应用时化渣，因此优选的是，上述原料的粒度＜1mm。
由于原料状态是＜1mm的粉末，因此在使用前需要对渣料进行烘烤，相对于传统渣料在600-800℃进行＞4h的烘烤，本发明设计的原料在400℃下干燥＞4h即可，更节省能源。
上述氟碳酸稀土精矿的成分为＞95％的RECO3F及不可避免的杂质；其中RE主要为Ce、La、Pr、Nd及其它微量稀土元素；所述杂质主要为SiO2及P、S、Fe的氧化物。
上述萤石中CaF2的质量百分比＞90％；高铝矾土熟料中Al2O3的质量百分比＞85％；石灰石中CaO的质量百分比＞54％。
电渣重熔过程中因渣池温度由内向外梯度降低，且渣池表层温度超过了氟碳酸稀土精矿和石灰石的热分解温度，本发明采用的氟碳酸稀土精矿在500℃左右会生成REOF、RExOy、REF3和CO2；石灰石在710℃左右会形成CaO和CO2。而氟碳酸稀土精矿和石灰石热分解形成的CO2首先会在渣层表面扩散形成CO2气层，同时降低渣池上方自耗电极与结晶器填充缝隙间的方气氛氧分压，从而可以减少气氛氧对电极棒和渣的氧化。
而在500℃左右REOF和CaO就会反应形成CaF2和RE2O3，CaO与RE2O3在渣中起碱性氧化物组元的作用，在重熔过程对钢液的渣洗可去除大颗粒夹杂物；且RE2O3对钢液中夹杂物起到变质作用，使钢液中留下的主要为细小的含稀土类复合夹杂物，相当于对钢进行了微量稀土处理，使钢的洁净度得到改善。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本发明提供一种含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，该渣系成分及重量百分比为：CaF257-68％，Al2O36-10％，CaO 1-12％，RE2O317-25％，余量为不可避免杂质(精矿及渣料中带来的微量其它氧化物)。
上述含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系由萤石、高铝矾土熟料、石灰石、氟碳酸稀土精矿按需配比而成，本发明提供4组原料配比示例，如表1所示。
表1原料比例及重熔渣系成分示例
其中：萤石中CaF2的质量百分比＞90％；高铝矾土熟料中Al2O3的质量百分比＞85％；石灰石中CaO的质量百分比＞54％。
氟碳酸稀土精矿的主要成分：＞95％的RECO3F，RE主要为Ce、La、Pr、Nd及伴生的微量其它稀土元素；＜5％的精矿伴生的杂质，主要为SiO2，P、S、Fe等的氧化物。
本发明选取表1中示例3的原料比例及重熔渣系成分和6份热作模具钢H13高端系列的自耗电极作为实施例1-6，进行电渣重熔实验。具体过程如下：
首先将按示例3中配比配好的原料混均，然后破碎成粒度<1mm的粉状，将原料在400℃下干燥＞4h后，得到含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系；将该渣系对实施例1-6的热作模具钢H13高端系列的自耗电极试样进行具体测试，电渣重熔工序控制参数为：全程氩气保护，Φ300mm规格结晶器，渣量120kg，熔炼电压58-50V，熔炼电流7500-11500A。
所述热作模具钢H13高端系列的自耗电极由LF+VD+保护模铸所得，自耗电极的初始氧含量为15-16ppm；经过电渣重熔后，分别在实施例1-6重熔锭的1/2高度处取测氧试样，重熔效果如表2所示。
表2电渣重熔前后含氧量测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 初始T[O]/ppm | 15 | 15 | 16 | 16 | 16 | 15 |
| 重熔后T[O]/ppm | 14 | 15 | 14 | 13 | 14 | 13 |
由表2可知，采用本发明的含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，在热作模具钢H13系列低氧含量且窄波动的电渣重熔工艺开发过程提供了很好的辅助，有效将氧含量降低到了≤15ppm，实现了超低控氧，提升了效率；本发明的技术方案在氧含量低且窄波动的电渣重熔稳定生产的过程监控中，简单易行，成本低，效率高。
Claims (4)
1.含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其特征在于，其成分按质量百分比为：CaF257-68％，Al2O36-10％，CaO 1-12％，RE2O317-25％，余量为不可避免的杂质；其中RE为Ce、La、Pr、Nd中至少一种；
其原料为萤石、高铝矾土熟料、石灰石和氟碳酸稀土精矿，原料配比根据实际所需的渣系成分配制得到；
所述氟碳酸稀土精矿的成分为＞95％的RECO3F及不可避免的杂质；其中RE主要为Ce、La、Pr、Nd及其它微量稀土元素；所述杂质主要为SiO2及P、S、Fe的氧化物。
2.根据权利要求1所述的含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其特征在于：所述原料的粒度＜1mm。
3.根据权利要求2所述的含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其特征在于：将原料在400℃下干燥＞4h后使用。
4.根据权利要求1所述的含氟碳酸稀土精矿的电渣重熔超低控氧渣系，其特征在于：所述萤石中CaF2的质量百分比＞90％；所述高铝矾土熟料中Al2O3的质量百分比＞85％；所述石灰石中CaO的质量百分比＞54％。
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| GR01 | Patent grant | ||
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