CN114703374B - 用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法 - Google Patents

用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114703374B
CN114703374B CN202210301108.9A CN202210301108A CN114703374B CN 114703374 B CN114703374 B CN 114703374B CN 202210301108 A CN202210301108 A CN 202210301108A CN 114703374 B CN114703374 B CN 114703374B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
slag
medium
slag system
electroslag
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
CN202210301108.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114703374A (zh
Inventor
林腾昌
杨勇
李龙飞
梁强
崔怀周
姚同路
陈正宗
何西扣
包汉生
赵吉庆
刘正东
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.)
Central Iron and Steel Research Institute
Original Assignee
Central Iron and Steel Research Institute
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 Central Iron and Steel Research Institute filed Critical Central Iron and Steel Research Institute
Priority to CN202210301108.9A priority Critical patent/CN114703374B/zh
Publication of CN114703374A publication Critical patent/CN114703374A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114703374B publication Critical patent/CN114703374B/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
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/06—Refining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/023—Alloys based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%

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

本发明涉及一种用于电渣重熔C‑HRA‑3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法，属于电渣特种冶金技术领域，解决了现有电渣熔炼渣系合金元素控制易发生波动、脱硫效果不佳、高氟渣挥发污染的问题。中氟高效脱硫渣系中，各组分的质量百分含量为：CaF2：38％～43％，Al2O3：13％～23％，CaO：28％～38％，MgO：6％～10％，ZrO2：0.1％～0.45％，TiO2：0.2％～0.45％，其余为杂质。本发明的渣系用于电渣重熔C‑HRA‑3合金时脱硫效果好，环境污染小，能够满足C‑HRA‑3耐热合金的电渣熔炼要求，保证合金成分符合要求。

Description

用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法
技术领域
本发明涉及电渣特种冶金技术领域，尤其涉及一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法。
背景技术
中国是全球第一大电力生产国和消费国，我国发电用耐热材料的研发由引进、仿制进入自主研发阶段。发电机组用耐热特钢与合金材料及其关键制造技术的发展，尚需从冶炼、凝固、热处理等方面入手。其中，冶炼工艺的重点是改善铸锭成分、组织的均匀性和纯净度，电渣重熔是重要的特种冶炼手段。
C-HRA-3耐热合金是我国自主研发的固溶强化型镍基耐热合金，是700℃先进超超临界燃煤电站锅炉大口径厚壁管的候选材料之一。C-HRA-3耐热合金化学成分质量百分比为：Cr：21.0～23.0％；C：0.04～0.07％；Mn≤0.3％；Co：11.0～13.0％；Mo：6.0～9.0％；Ti：0.3～0.5％；Al：0.8～1.3％；W：0.1～1.0％；B：0.002～0.005％；Zr：0.03～0.15％；Nb＜0.5％；V≤0.5％；Cu≤0.15％；P＜0.008％；S＜0.002％；N≤0.015％，Mg：0.005～0.02％；Ca：≤0.01％；余量为镍及不可避免的杂质元素。C-HRA-3耐热合金的熔化温度范围约为1260～1470℃。其中，C-HRA-3耐热合金在电渣冶炼过程中，由于合金元素锆、铝、钛等元素的氧势高，易与氧发生反应而影响元素的成分控制。因此，研究C-HRA-3耐热合金的冶炼工艺具有重要意义。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法，用以解决现有电渣熔炼渣系合金元素控制易发生波动、脱硫效果不佳、高氟渣挥发污染的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系，中氟高效脱硫渣系中，各组分的质量百分含量为：CaF2：38％～43％，Al2O3：13％～23％，CaO：28％～38％，MgO：6％～10％，ZrO2：0.1％～0.45％，TiO2：0.2％～0.45％，其余为杂质。
进一步的，中氟高效脱硫渣系中，各组分的质量百分含量为：CaF2：39％～42％，Al2O3：14.4％～21％，CaO：30.3％～35.6％，MgO：6.8％～10％，ZrO2：0.25％～0.4％，TiO2：0.3％～0.45％，其余为杂质。
进一步的，中氟高效脱硫渣系中，CaF2/Al2O3≥2。
进一步的，中氟高效脱硫渣系中，CaO/Al2O3≥1.5且(CaO+MgO)/Al2O3≥1.8。
进一步的，中氟高效脱硫渣系中的ZrO2的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Zr的质量百分含量的比值为1～5之间。
进一步的，中氟高效脱硫渣系中的TiO2的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Ti的质量百分含量的比值为0.4～2之间。
进一步的，中氟高效脱硫渣系中的Al2O3的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Al的质量百分含量的比值为10～25之间。
本发明还提供了一种上述中氟高效脱硫渣系用于电渣重熔C-HRA-3合金的使用方法，包括如下步骤：
步骤1、采用工业纯的CaF2、CaO、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2按目标渣系成分的质量百分含量进行预熔化得到中氟高效脱硫渣系，然后冷却至25～100℃之间后采用破碎机破碎、真空密封保存备用；
步骤2、将步骤1得到的中氟高效脱硫渣系用于C-HRA-3合金的熔炼。
进一步的，步骤2中，采用惰性气体气氛保护功能的电渣炉进行熔炼，熔炼过程包括：
S21、在电渣炉结晶器中装入熔炼用自耗电极棒；检查测试电渣炉装备的水电气等系统，准备就绪待用；
S22、电渣熔炼使用前，将密封后渣料解封倒入混渣料斗，加入铝粒，搅拌混合均匀，待用；
S23、电渣炉起弧完成后，将混有铝粒的渣料加入到电渣炉结晶器中，进行电渣熔炼。
进一步的，步骤2中，采用不具有惰性气体气氛保护功能的电渣炉熔炼合金，熔炼过程包括：
S201、在电渣炉结晶器中装入熔炼用自耗电极棒；检查测试电渣炉装备的水电气等系统，准备就绪待用；
S202、在熔炼过程中，自电渣炉通电后1小时开始，每隔30min向电渣结晶器的渣中加入渣的质量的0.1％～0.3％的铝粒，直至熔炼结束。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明的中氟高效脱硫渣系通过添加ZrO2、TiO2，能够起到平衡金属熔池中易氧化烧损Zr、Ti、B等元素，减少Zr、Ti、B的烧损，保证合金中的Zr、Ti、B等元素含量；通过添加CaO维持金属熔池Ca含量，添加6％～10％的MgO平衡金属熔池Mg含量并防止增氢；依靠渣中含有13％～23％的Al2O3和在渣系使用时通过向渣中加铝粒脱氧平衡金属熔池Al含量。
(2)本发明的中氟高效脱硫渣系中含有较高的CaO含量，达到28％～38％，能够实现较好的脱硫效果，能够降低电渣用自耗电极中S含量波动对电渣锭质量影响，适于冶炼S含量≤0.001％以下的特种钢与合金；本发明的中氟高效脱硫渣系中通过降低CaF2的添加量，减缓环境污染及对人的危害；本发明的中氟高效脱硫渣系中通过提供较高含量的MgO，能更好的防止冶炼过程H元素渗透进入熔池造成增氢。
(3)本发明的中氟高效脱硫渣系中通过精确控制CaF2/Al2O3的量以及CaO/Al2O3、CaO+MgO)/Al2O3的量能够保证渣的良好的流动性、导电性、高效脱硫性能、良好的隔绝H渗透的能力。
(4)本发明的渣系在使用时通过预熔处理，使得渣系组元间形成稳定的化合物，并配合高含量MgO，不易吸附空气中水分，且在电渣冶炼过程中不易发生大的组元波动及性能差异，能够满足C-HRA-3耐热合金的电渣熔炼要求，保证合金成分符合要求。
本发明中，基于渣系成分范围可以进行微调，以实现更多的优选组合方案，视为本专利权利保护范围。本发明的部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
下面结合示例来具体描述本发明的优选实施例，其中，示例构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的目的在于提供一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法。其中，C-HRA-3耐热合金的化学成分质量百分含量为：Cr：21.0％～23.0％；C：0.04％～0.07％；Mn≤0.3％；Co：11.0％～13.0％；Mo：6.0％～9.0％；Ti：0.3％～0.5％；Al：0.8％～1.3％；W：0.1％～1.0％；B：0.002％～0.005％；Zr：0.03％～0.15％；Nb＜0.5％；V≤0.5％；Cu≤0.15％；P＜0.008％；S＜0.002％；N≤0.015％，Mg：0.005％～0.02％；Ca：≤0.01％；余量为镍及不可避免的杂质元素。
发明人在研究中发现：C-HRA-3耐热合金在电渣冶炼过程中，由于合金元素锆、铝、钛等元素的氧势高，易与氧发生反应而影响成分控制。
几种氧势高的合金元素作用为：
Al是形成γ'相的主要元素，在γ和γ'中的分配比为1：0.24。Al是提高合金表面稳定性的重要元素；通常认为，高Al有利于提高合金的抗氧化性能，但是，当Al量超过上限时，可能出现有害β-NiAl相。
Zr不仅形成B-Zr复合强化提高持久强度，而且与S的亲和力强，可以作为S的净化剂，减轻S元素的危害。在镍基耐热合金中，同时加入B和Zr对提高其性能的效果更好。B和Zr主要存在于晶界上，其作用可以认为有三个方面；一是改善晶界结构形态，即B和Zr原子富集在晶界上，会填满晶界处的空位和晶格缺陷，减慢晶界元素扩散过程，降低位错攀移速度，从而提高合金的持久强度；二是B和Zr能在M23C6周围分布，抑制此碳化物的早期聚集，延缓晶界裂纹的发生；三是晶界上分布的B和Zr可以改变界面能量，有利于改变晶界上第二相的形态，使第二相形貌易于球化，提高晶界强度，即提高了合金穿晶转变为沿晶断裂的温度。
Ti是形成γ'相的主要元素，在γ和γ'相中的分配比为1：0.1。在γ'相中，Ti可置换部分Al，减小Al的溶解度，促进γ'的析出。Ti也是提高合金表面稳定性的重要元素，通常认为，高Ti有利于提高抗热腐蚀性；但是，Ti量超过上限时，可能出现η-Ni3Ti有害相。Ti也是碳化物形成元素，促进MC碳化物形成。
B是高温合金中应用最广泛的晶界强化元素，B对高温合金的持久、蠕变性能的影响最明显，通常都有一最佳含量范围。它在γ相中的溶解度极低，又不进入γ'相，偏聚干晶界和枝晶间的B除了作为间隙元素填充这些区域的间隙，减慢扩散过程，从而降低品界和枝晶间开裂倾向以外，还延缓碳化物的粗化速率，与Zr元素复合添加此种效果更佳。
Mg是偏聚于晶界的元素，加入高温合金中，主要可以起到如下一些作用：(1)与S等有害杂质元素形成高熔点的化合物MgS等，净化晶界，使晶界的S、O、P等杂质元素的浓度明显降低，减少其有害作用，进一步净化和强化晶界。(2)改善和细化晶界MC碳化物，使其呈粒状分布，有效抑制晶界滑动，降低晶界应力集中，阻止沿晶裂纹的扩展：(3)进入γ'相和碳化物，增加相的长程有序度和反相畴界能：(4)提高蠕变断裂塑性和寿命，Mg偏聚于合金的晶界，并随蠕变孔洞的形成不断偏聚于孔洞的表面而降低孔洞的表面能，从而降低孔洞的长大速率。
因此，当采用特冶流程生产C-HRA-3合金时，保护气氛电渣炉(ESR)用渣系中的组元与金属熔池元素的平衡控制尤其重要。目前我国特冶企业在生产高端特种钢与合金时所用的电渣渣系基本含有较高的CaF2，其主要是依据生产经验进行渣成分的粗略调配，缺乏理论设计合理性。这类渣系常用成分存在含氟高、热稳定性不佳、脱硫能力差，且渣系成分在长时间电渣熔炼过程中结构稳定性不足的问题，在Zr、Ti等元素含量控制、脱硫脱氧、熔炼稳定方面仍需要进一步开展优化设计。
本发明提供了一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系，本发明的中氟高效脱硫渣系基于C-HRA-3合金的合金元素体系和多元渣系热力学相图，按照元素平衡和金属材料/渣系的性质匹配，得到渣系中各个组分的含量，获得的渣系成分结构稳定，能够起到平衡钢渣间易烧损Zr、Ti等元素、具备高效脱硫、节能等优点，满足C-HRA-3耐热合金的电渣熔炼要求。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系中各组分的质量百分含量为：CaF2：38％～43％，Al2O3：13％～23％，CaO：28％～38％，MgO：6％～10％，ZrO2：0.1％～0.45％，TiO2：0.2％～0.45％，其余为杂质。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系中各组分的质量百分含量为：CaF2：39％～42％，Al2O3：14.4％～21％，CaO：30.3％～35.6％，MgO：6.8％～10％，ZrO2：0.25％～0.4％，TiO2：0.3％～0.45％，其余为杂质。
需要说明的是，上述中氟高效脱硫渣系中各组分的作用如下：
CaF2在渣系中能降低渣的熔点、黏度和表面张力，和其他组分相比，CaF2的电导率较高；CaO在渣系中的作用是增大渣的碱度，提高脱硫效率；Al2O3在渣系中能明显降低渣的电导率，减少电耗，提高生产率。
MgO在渣系中的作用有两个，一是由于C-HRA-3耐热合金对H的质量分数要求极为严格，且本渣系中CaO含量高易吸氢，因此在设计渣系中需要在渣系中配入6％～10％的MgO以减小H的渗透率，也有降低熔池中氧、氮的作用，确保金属熔池中Mg不被全部氧化；二是MgO可在渣池表面形成一层半凝固膜，减少渣表面向大气辐射热损失。
ZrO2和TiO2在渣系中的作用是平衡渣系中易烧损的Zr、Ti元素。
需要说明的是，经过深入研究：控制上述中氟高效脱硫渣系中的CaF2/Al2O3≥2，保证渣具有良好的流动性、导电性。
具体的，控制上述中氟高效脱硫渣系中，CaO/Al2O3≥1.5(指的是CaO与Al2O3的质量比)且(CaO+MgO)/Al2O3≥1.8(指的是质量比)，保证渣具有良好的高效脱硫性能、良好的隔绝H渗透的能力。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系中的ZrO2的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Zr的质量百分含量的比值为1～5之间，保证渣中的ZrO2与金属熔池的Zr达到反应平衡。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系中的TiO2的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Ti的质量百分含量的比值为0.4～2之间，例如0.4～1.5，保证渣中的TiO2与金属熔池的Ti达到反应平衡。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系中的Al2O3的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Al的质量百分含量的比值为10～25之间，保证渣中的Al2O3与金属熔池的Al达到反应平衡。
具体的，由于C-HRA-3合金的成分中不含Si元素，因此必须保证上述中氟高效脱硫渣系中的SiO2≤0.3％。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系的成分可以为：CaF2：41.6％，Al2O3：20.1％，CaO：30.3％，MgO：7％，ZrO2：0.25％，TiO2：0.3％，SiO2≤0.3％，其余为杂质；
具体的，上述中氟高效脱硫渣系的成分可以为：CaF2：41.9％，Al2O3：20.1％，CaO：30.3％，MgO：6.8％，ZrO2：0.3％，TiO2：0.45％，SiO2≤0.1％，其余为杂质；
具体的，上述中氟高效脱硫渣系的成分可以为：CaF2：39.0％，Al2O3：14.4％，CaO：35.6％，MgO：10％，ZrO2：0.3％，TiO2：0.45％，SiO2≤0.2％，其余为杂质。
与现有技术相比，本发明的中氟高效脱硫渣系通过提供较高含量的CaO，因此具有更好的脱硫能力，能够降低电渣用自耗电极中S含量波动对电渣锭质量影响；通过提供较高含量的MgO，能更好的防止冶炼过程H元素渗透进入熔池造成增氢；采用较低含量的CaF2更加环保；通过精确控制CaF2/Al2O3的量以及CaO/Al2O3、CaO+MgO)/Al2O3的量能够保证渣的良好的流动性、导电性、高效脱硫性能、良好的隔绝H渗透的能力。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系的熔点1320～1370℃；1700～1800℃时，密度2.60～2.62g/cm3，黏度0.005～0.01Pa·s，电导率2.5～3.3S/cm。
具体的，上述中氟高效脱硫渣系的热稳定性好，本发明的渣中基础组元(CaF2、Al2O3、CaO、MgO)在使用过程中(使用前、使用后的组分)波动较小。例如，本发明的渣使用前、使用后的基础组元波动：CaF2约3％～9％、Al2O3约5％～14％、CaO约10％～18％、MgO约3％～8％。
具体的，在电渣重熔C-HRA-3合金的生产中，渣系的理化性质影响钢锭的生产品质，具体如下：
(1)熔点：熔点的高低会影响到渣系的导电度、黏度以及发热量的大小。过高或过低的熔点，不利于脱磷脱硫等物化反应，而且还容易使钢锭产品产生内在及表面质量问题，产生空洞气孔及夹杂物等冶金缺陷。本发明中设计熔点范围为1320～1370℃，保证钢锭表面质量均匀，表面不产生气孔。
(2)黏度：渣系的黏度对炉渣的循环流动速度产生影响，由于电磁搅拌力的作用，低黏度的炉渣将具有强烈的搅拌效果，进而可以加强炉渣的流动性，有利于传热，同时还会加强反应界面的扩散。本发明中1800℃时黏度≤0.05Pa·s，保证熔炼中的钢渣具有良好的流动性，提高熔炉中的传热传质效率，降低能量损失。
(3)密度：渣系的密度主要决定电渣重熔过程的用渣量、电渣重熔过程中熔点穿过渣层速率和停留时间等从而决定电渣重熔过程中的提纯净化作用，以及电渣重熔过程中渣金分离的难易程度等，因此选择合适的渣系密度对电渣重熔过程的冶金质量有一定的影响。本发明中1800℃时密度为2.6～2.62g/cm3，保证钢锭质量均匀，杂质含量少，同时保证了钢锭与电渣表面更好的分离。
(4)导电率：渣池在整个电渣重熔过程的回路中，可将其看作一个电阻器，为重熔提过所需的电阻热。当通过渣池的电流、电压以及渣池的有效面积一定时，自耗电极和金属熔池间距与炉渣的导电度成正比。导电度过小，将会到导致极间距(自耗电极和金属熔池间距)缩短，极间距过短，容易导致电渣重熔过程不稳定，同时还影响了金属小熔滴坠落过程中的钢渣反应的时间，不利于夹杂物的去除。本发明中1800℃时电导率2.5～3.3S/cm，为电渣熔炼过程提供足够的热量传输，保证电渣熔炼过程的顺利进行。
另一方面，本发明提供了一种中氟高效脱硫渣系用于电渣重熔C-HRA-3合金的使用方法，包括如下步骤：
步骤1、采用工业纯的CaF2、CaO、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2按目标渣系成分的质量百分含量进行预熔化得到中氟高效脱硫渣系，然后冷却至25～100℃之间后采用破碎机破碎、真空密封保存备用；
步骤2、将步骤1得到的中氟高效脱硫渣系用于C-HRA-3合金的熔炼。
具体的，上述步骤1中，考虑到上述中氟高效脱硫渣系的熔点偏高，为了在后续使用时快速熔化，采用破碎机破碎至粒度≤0.3cm，然后进行真空密封保存。
具体的，上述步骤2中可以采用惰性气体气氛保护功能的电渣炉进行熔炼，熔炼过程包括：
S21、在电渣炉结晶器中装入熔炼用自耗电极棒；检查测试电渣炉装备的水电气等系统，准备就绪待用；
S22、电渣熔炼使用前，将密封后渣料解封倒入混渣料斗，加入铝粒，搅拌混合均匀，待用；
S23、电渣炉起弧完成后，将混有铝粒的渣料加入到电渣炉结晶器中，进行电渣熔炼。
具体的，上述S21中，电极棒成分符合C-HRA-3合金的成分要求，Al、Ti、B按C-HRA-3合金的中上限范围控制，Mg、S按C-HRA-3的中下限控制或尽量低含量控制；电极棒表面打磨去皮，表面光泽无氧化层，待用。
具体的，上述S22中，使用惰性气体气氛保护功能的电渣炉进行冶炼时，电渣熔炼使用前，为防止气氛保护电渣炉中的氩气纯度不足而含氧、结晶器密闭系统排空不充分、渣料破空后使用过程可能带入粉尘等因素造成的氧化性气氛，需要先将真空密封包装的渣料解封倒入混渣料斗，并加入渣量重量0.1％～0.5％的铝粒，搅拌混合均匀。
具体的，上述S22中，铝粒的质量为渣料的质量的0.1％～0.5％。
具体的，上述S23中，在电渣炉中进行熔炼时，将电极棒安装好并通电起弧完成后5～10min后，将混有铝粒的渣料缓慢加入到电渣炉结晶器中，30min内加入渣量不超过25～35kg，等待金属熔池与渣池初步建立后，在2小时内加入完毕剩余渣料，电极棒持续通电熔炼，直至熔化完成。需要说明的是，通过在气氛保护电渣炉使用渣料中进行添加铝粒操作，可以保证在起弧后造熔池初期防止电弧电离气氛中的氧进入金属熔池(防止Zr/Ti/B等元素的氧化)；并通过缓慢长时间的加入渣料，使得冶炼前期的残存含氧气氛始终能与渣中的铝粒反应，有效防止金属熔池的合金元素氧化消耗；并且能够避免短时间内过量夹渣造成渣料熔化困难现象；低速加渣料，适当延长加渣时间，可以一定程度上延缓渣料中铝粒的短时氧化消耗。
在一种可能的方案中，上述步骤2中，可以采用不具有惰性气体气氛保护功能的电渣炉熔炼该合金(一般电渣锭重≤1吨)。此时，熔炼过程包括：
S201、在电渣炉结晶器中装入熔炼用自耗电极棒；检查测试电渣炉装备的水电气等系统，准备就绪待用；
S202、在熔炼过程中，自电渣炉通电后1小时开始，每隔30min向电渣结晶器的渣中加入渣的质量的0.1％～0.3％的铝粒，直至熔炼结束。
需要说明的是，上述S23和S202中，在熔炼2吨～100吨范围的合金锭过程中，主要关键工艺参数设计范围为：渣层厚度设计150mm～450mm，起弧阶段高功率输入为1200kW～12000kW，稳态阶段低功率输入600kW～5500kW，熔炼稳态过程的电极熔速为4～35kg/min，稳态阶段合金锭表面渣皮厚度≤2mm。上述主要关键工艺参数在十分必要时可根据实际生产情况进行调节，调节幅度一般在±10％。
实施例1
本实施例提供了一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系，渣系中各组分的质量百分含量为：CaF2：41.6％，Al2O3：20.1％，CaO：30.3％，MgO：7％，ZrO2：0.25％，TiO2：0.3％，SiO2≤0.3％，其余为杂质。
本实施例的渣的基本物性特征为：熔点1325～1360℃，1700℃～1800℃时，密度2.60～2.61g/cm3，黏度为0.006～0.009Pa·s，电导率范围2.6～3.0S/cm。
该渣系的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：采用工业纯的CaF2、CaO、Al2O3、MgO、ZrO2和TiO2按质量百分比配渣系；
步骤2：利用加热炉对所配渣系进行预熔化，炉膛温度升高到1500℃保持30min，预熔化后渣的目标成分控制在本实施例的指定成分范围，冷却至25～50℃后采用破碎机破碎，破碎至粒度≤0.3cm，按照10Kg/包进行真空密封保存；
步骤3：用5t氩气气氛保护电渣炉完成熔炼准备，在电渣炉结晶器中装入约2t熔炼用自耗电极棒；电极棒成分符合C-HRA-3耐热合金的成分要求(其中Al、Ti、B按C-HRA-3的中上限范围控制，Mg、S按C-HRA-3的中下限控制或尽量低含量控制)，电极棒表面打磨去皮，表面光泽无氧化层，待用；检查测试5t氩气气氛保护电渣炉装备的水电气等系统，准备就绪待用；
步骤4：设计渣量为150～200kg，电渣熔炼使用前，将密封后渣料解封倒入混渣料斗，加入150～200g铝粒，搅拌混合均匀，待用；
步骤5：在电渣炉中进行熔炼；当将电极棒安装好并通电起弧完成后5～10min后，将混有铝粒的渣料缓慢加入到电渣炉结晶器中，30min内加入渣量不超过25～35kg，等待金属熔池与渣池初步建立后，在2小时内加入完毕剩余渣料；电极棒持续通电熔炼，直至熔化完成。(如此加渣的目的是在电渣结晶器内形成金属熔池与渣池后，避免短时间内过量夹渣造成渣料熔化困难现象，同时选择低速加渣料，适当延长加渣时间，可以一定程度上延缓渣料中铝粒的短时氧化消耗)；
步骤5中，工艺关键点条件为：电极直径375mm，结晶器直径435mm，渣层设计约160mm，电渣炉结晶器引弧底板厚度应达到1.5cm以上；起弧阶段功率输入约1500kW，稳态阶段功率输入720～780kW，熔速平均约4.5kg/min；熔炼效果为：熔炼后的合金锭高约1.7m，实际合金锭重约1.9吨。合金锭长度方向元素分布均匀并达到控制标准，表面质量良好，渣皮厚度分布较为均匀，合金锭中段平均渣皮厚度≤2mm。
经检测，合金锭在锭头锭尾分别取样检测元素含量，见下表1，合金锭的成分符合C-HRA-3合金要求。渣系中的基础组元波动增减比例：CaF2约6％、Al2O3约7％、CaO约14％、MgO约4％。
表1实施例1的合金锭的部分元素含量/wt％
Al Ti Zr Mg B S
锭头 1.18 0.42 0.09 0.009 0.0038 0.0004
锭尾 1.22 0.45 0.10 0.01 0.0042 0.0003
实施例2
本实施例提供了一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系，渣系中各组分的质量百分含量为：CaF2：41.9％，Al2O3：20.1％，CaO：30.3％，MgO：6.8％，ZrO2：0.3％，TiO2：0.45％，SiO2≤0.1％，其余为杂质。
本实施例的渣的基本物性特征为：熔点1325～1370℃，1700℃～1800℃时，密度范围2.60～2.61g/cm3，黏度为0.006～0.010Pa·s，电导率范围2.58～3.0S/cm。
该渣系的使用方法与实施例1相同，在此不再赘述。
经检测，合金锭在锭头锭尾分别取样检测元素含量，见下表2，合金锭的成分符合C-HRA-3合金要求。渣系的基础组元波动增减比例：CaF2约5％、Al2O3约7％、CaO约9％、MgO约5％。
表2实施例2的合金锭的部分元素含量/wt％
Al Ti Zr Mg B S
锭头 1.18 0.42 0.09 0.009 0.0036 0.0004
锭尾 1.20 0.45 0.10 0.011 0.0040 0.0003
实施例3
本实施例提供了一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系，渣系中各组分的质量百分含量为：CaF2：39.0％，Al2O3：14.4％，CaO：35.6％，MgO：10％，ZrO2：0.3％，TiO2：0.45％，SiO2≤0.2％，其余为杂质。
本实施例的渣的基本物性特征为：熔点1320～1365℃，1700℃～1800℃时，密度范围2.61～2.62g/cm3，黏度为0.005～0.007Pa·s，电导率范围2.63～3.2S/cm。
该渣系的使用方法与实施例1相同，在此不再赘述。
经检测，合金锭在锭头锭尾分别取样检测元素含量，见下表3，合金锭的成分符合C-HRA-3合金要求。渣系的基础组元波动增减比例：CaF2约8％、Al2O3约8％、CaO约14％、MgO约7％。
表3实施例3的合金锭的部分元素含量/wt％
Al Ti Zr Mg B S
锭头 1.19 0.44 0.10 0.008 0.0040 0.0004
锭尾 1.22 0.46 0.11 0.009 0.0043 0.0003
对比例1
本对比例采用渣系：CaF2：55％，Al2O3：20％，CaO：20％，MgO：5％，其余为杂质。
该渣系的使用方法与实施例1相同，在此不再赘述。
经检测，合金锭在锭头锭尾分别取样检测元素含量，见下表4，合金锭的成分不符合C-HRA-3合金要求。渣系的基础组元波动增减比例：CaF2约13％、Al2O3约22％、CaO约29％、MgO约13％。
表4对比例1的合金锭的部分元素含量/wt％
Ti Zr S
锭头 0.28 0.028 0.0011
锭尾 0.34 0.07 0.001
对比例2
本对比例采用渣系：CaF2：70％，Al2O3,30％，其余为杂质。
该渣系的使用方法与实施例1相同，在此不再赘述。
经检测，合金锭在锭头锭尾分别取样检测元素含量，见下表4，合金锭的成分不符合C-HRA-3合金要求。渣系的基础组元波动增减比例：CaF2约13％、Al2O3约22％。
表5对比例2的合金锭的部分元素含量/wt％
Ti Zr S
锭头 0.27 0.03 0.0012
锭尾 0.33 0.068 0.001
对比例3
本对比例采用渣系：CaF2：54％，Al2O3：17％，CaO：18％，MgO：4％，ZrO2：4％，TiO2：3％，SiO2≤0.5％，其余为杂质。
该渣系的使用方法与实施例1相同，在此不再赘述。
经检测，合金锭在锭头锭尾分别取样检测元素含量，见下表6，合金锭的中的Zr成分超出标准上下限，不符合C-HRA-3合金要求。基础组元波动增减比例：CaF2约15％、Al2O3约17％、CaO约18％、MgO约12％。
表6对比例3的合金锭的部分元素含量/wt％
Ti Zr S
锭头 0.41 0.13 0.005
锭尾 0.45 0.16 0.004
通过对比实施例和对比例可知，采用本发明提供的中氟高效脱硫渣系进行C-HRA-3合金熔炼时，C-HRA-3合金的成分符合要求，脱硫效果好，并且渣系成分在长时间电渣熔炼过程中结构稳定性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本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。

Claims (8)

1.一种用于电渣重熔C-HRA-3合金的中氟高效脱硫渣系，其特征在于，所述中氟高效脱硫渣系中，各组分的质量百分含量为：CaF2：38%~43%，Al2O3：13%~23%，CaO：28%~38%，MgO：6%~10%，ZrO2：0.1%~0.45%，TiO2：0.2%~0.45%，其余为杂质；
所述中氟高效脱硫渣系中，CaF2/Al2O3≥2，CaO/Al2O3≥1.5且（CaO+MgO）/Al2O3≥1.8。
2.根据权利要求1所述的中氟高效脱硫渣系，其特征在于，所述中氟高效脱硫渣系中，各组分的质量百分含量为：CaF2：39%~42%，Al2O3：14.4%~21%，CaO：30.3%~35.6%，MgO：6.8%~10%，ZrO2：0.25%~0.4%，TiO2：0.3%~0.45%，其余为杂质。
3.根据权利要求1所述的中氟高效脱硫渣系，其特征在于，所述中氟高效脱硫渣系中的ZrO2的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Zr的质量百分含量的比值为1~5之间。
4.根据权利要求1所述的中氟高效脱硫渣系，其特征在于，所述中氟高效脱硫渣系中的TiO2的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Ti的质量百分含量的比值为0.4~2之间。
5.根据权利要求1所述的中氟高效脱硫渣系，其特征在于，所述中氟高效脱硫渣系中的Al2O3的质量百分含量与C-HRA-3合金中的Al的质量百分含量的比值为10~25之间。
6.一种权利要求1-5中任一项所述的中氟高效脱硫渣系用于电渣重熔C-HRA-3合金的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、采用工业纯的CaF2、CaO、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2按目标渣系成分的质量百分含量进行预熔化得到中氟高效脱硫渣系，然后冷却至25~100℃之间后采用破碎机破碎、真空密封保存备用；
步骤2、将步骤1得到的中氟高效脱硫渣系用于C-HRA-3合金的熔炼。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述步骤2中，采用惰性气体气氛保护功能的电渣炉进行熔炼，熔炼过程包括：
S21、在电渣炉结晶器中装入熔炼用自耗电极棒；检查测试电渣炉装备的水电气系统，准备就绪待用；
S22、电渣熔炼使用前，将密封后渣料解封倒入混渣料斗，加入铝粒，搅拌混合均匀，待用；
S23、电渣炉起弧完成后，将混有铝粒的渣料加入到电渣炉结晶器中，进行电渣熔炼。
8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述步骤2中，采用不具有惰性气体气氛保护功能的电渣炉熔炼合金，熔炼过程包括：
S201、在电渣炉结晶器中装入熔炼用自耗电极棒；检查测试电渣炉装备的水电气系统，准备就绪待用；
S202、在熔炼过程中，自电渣炉通电后1小时开始，每隔30min向电渣结晶器的渣中加入渣的质量的0.1%~0.3%的铝粒，直至熔炼结束。
CN202210301108.9A 2022-03-25 2022-03-25 用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法 Active CN114703374B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210301108.9A CN114703374B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210301108.9A CN114703374B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114703374A CN114703374A (zh) 2022-07-05
CN114703374B true CN114703374B (zh) 2023-08-01

Family

ID=82170325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210301108.9A Active CN114703374B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114703374B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109536733A (zh) * 2018-12-13 2019-03-29 西安聚能高温合金材料科技有限公司 一种高温合金电渣重熔用的预熔渣
CN110453085B (zh) * 2019-09-09 2022-03-29 东北大学 电渣重熔含B型9Cr耐热钢用渣系、制备方法和使用方法
CN110747419A (zh) * 2019-12-05 2020-02-04 北京钢研高纳科技股份有限公司 优质gh4738合金及其制备方法、gh4738合金器件和航空发动机
CN111172403A (zh) * 2020-01-07 2020-05-19 北京钢研高纳科技股份有限公司 电渣重熔连续定向凝固高温合金铸锭冶炼用预熔渣及其应用
CN112030020B (zh) * 2020-11-04 2021-01-15 北京科技大学 电渣重熔冶炼高钨高钴镍合金的方法、高钨高钴镍合金和药型罩
CN112725631B (zh) * 2020-12-29 2022-10-11 钢铁研究总院 用于电渣重熔含b的转子钢锭的中高氟渣系及使用方法
CN114015890B (zh) * 2022-01-06 2022-04-08 北京钢研高纳科技股份有限公司 高合金化高温合金电渣重熔渣系及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114703374A (zh) 2022-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111378848B (zh) 提高gh4169合金返回料纯净度的电渣重熔用预熔渣及制备方法
CN101440436B (zh) 一种高温合金返回料的纯净化冶炼工艺
US20050053539A1 (en) High purity metallurgical silicon and method for preparing same
CN100507036C (zh) 基于铝热还原-真空感应熔炼制备高钛铁的方法
CN109161696B (zh) 一种电渣重熔渣系及用于电渣重熔Fe-Cr-Al合金低氧控制方法
CN103146943B (zh) 一种紫杂铜精炼剂及其制备方法
CN101928847B (zh) 一种镁合金熔炼工艺
CN110029229B (zh) 一种双相不锈钢用电渣重熔渣系
CN106086598A (zh) 一种高纯净度奥氏体无磁护环钢的冶炼方法
CN111304454B (zh) 用于电渣重熔含B的9Cr转子钢锭的低氟渣系及其使用方法
CN103468864B (zh) 一种1Cr21Ni5Ti钢冶炼方法
CN102776379A (zh) 电渣重熔渣系及其应用
CN112410573B (zh) 用于冶炼含Ce的Fe-Ni软磁合金的渣系及其使用方法
CN106756077A (zh) 一种高温合金电渣重熔用渣系及其使用方法
CN102031406A (zh) 铝合金中杂质元素铁、钛和钒的去除方法
CN105603257A (zh) 高品质钛铁的生产方法
CN108660320A (zh) 一种低铝高钛型高温合金电渣重熔工艺
CN114703374B (zh) 用于电渣重熔c-hra-3合金的中氟高效脱硫渣系及使用方法
JP2000129336A (ja) 高清浄度鋼の溶製方法
CN117230360A (zh) 一种单真空300m钢的制备方法
RU2329322C2 (ru) Способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита
CN111945062A (zh) 机械结构管用2131低碳钢及其冶炼方法
CN114317994B (zh) 一种均匀tp316h奥氏体不锈钢电渣锭成分及组织工艺方法
JP2002339014A (ja) 極低硫鋼の製造方法
CN112813280B (zh) 用于电渣重熔含b的转子钢锭的中低氟渣系及使用方法

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