CN115386735A - 一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系 - Google Patents
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Abstract
一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,该渣系各组分的重量百分比为:CaF2:55~70%,Al2O3+AlN:15~20%,CaO:5~12%,MgO:3~10%,SiO2:1~5%。本发明提供的控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,利用含氮渣系对钢液中的氮浓度进行平衡,使得氮含量稳定可控,进而提高含氮钢的强度和耐腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电渣重熔技术领域,特别涉及一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系。
背景技术
通常情况下,氮被认为是钢中的有害杂质之一。虽然常压下氮在液态钢中的溶解度很低,但这些少量的氮却能导致钢材产生时效脆化。然而,在高氮钢中氮作为合金元素可以和钢中其他合金元素交互作用,而赋予该钢种许多优异特性。高氮钢具有优异的机械性能和抗腐蚀性能,氮作为钢中一种重要的合金元素,有广泛的发展前景,高氮钢的研究及其应用日益受到重视,为了充分发挥氮合金化能使钢的强度提高、耐腐蚀性增强的优点,各种新的高氮钢的冶炼工艺也不断被研究和开发。
目前,高真空感应炉由于在真空状态下冶炼,氮分压极低,钢液脱氮速率快,增氮较为困难,主要采用炉内充氩气或氮气后加含氮中间合金进行增氮,氮收得率不稳定。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提供一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,利用含氮渣系对钢液中的氮浓度进行平衡,使得氮含量稳定可控,进而提高含氮钢的强度和耐腐蚀性。
本发明的技术方案是:
一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,该渣系各组分的重量百分比为:CaF2:55~70%,Al2O3+AlN:15~20%,CaO:5~12%,MgO:3~10%,SiO2:1~5%。
进一步的技术方案是所述渣系AlN、Al2O3的加入量与电渣锭目标氮含量进行调整,其中Al2O3的加入量升高,AlN的加入量减少;Al2O3的加入量减少,AlN的加入量升高;若当AlN的加入量达到Al2O3+AlN:15~20%的最大值时,Al2O3为0;若当Al2O3的加入量达到Al2O3+AlN:15~20%的最大值时,AlN为0。
进一步的技术方案是所述渣系各组分的重量百分比为:CaF2:59%,AlN:20%,CaO:11%,MgO:7%,SiO2:3%。
进一步的技术方案是所述渣系各组分的重量百分比为:CaF2:55%,Al2O3:18%,CaO:12%,MgO:10%,SiO2:5%。
进一步的技术方案是所述渣系各组分的重量百分比为:CaF2:70%,Al2O3:10%,AlN:10%,CaO:5%,MgO:3%,SiO2:2%。
本发明的控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,主要由各种氟化物、氧化物组成:
其中CaF2能降低渣的熔点、黏度和表面张力、增加渣池的流动性;
Al2O3能明显降低渣的电导率、减少电耗;将渣系中Al2O3替换为AlN或者渣系中加入AlN,AlN能平衡渣池和熔池N元素浓度,避免钢中N元素的过度烧损,稳定控制N元素含量;但是过多的氧化铝会提高渣的熔化温度和黏度,降低脱硫效果,所以需适当控制氧化铝的含量,氮化铝作为部分或者全部替代氧化铝,不宜突破氧化铝的上限含量。
CaO能增大渣的碱度、提高脱硫效率;
MgO会在渣池表面形成一层半凝固膜,抑制渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧,同时给钢液提供微量的Mg元素。
SiO2可以降低渣的熔点,使铸锭表面光洁,而且也能降低渣的电导率。
本发明的控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,利用含氮渣系对钢液中的氮浓度进行平衡,使得氮含量稳定可控,进而提高含氮钢的强度和耐腐蚀性。解决钢液脱氮速率快,增氮较为困难的问题。以S21800合金为例,其初始氮含量为0.16%,重熔后氮含量稳定在0.28%-0.33%之间。电渣锭顶部至底部的含氮量差异极小,氮含量分布均匀,收得率稳定。
具体实施方式
实施例1
一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,该渣系各组分的重量百分比为:CaF2:59%、AlN:20%、CaO:11%、MgO:7%、SiO2:3%,渣量5kg。
用上述渣系制备电渣锭的具体步骤如下:
1)本实施例的合金的组成和重量百分比为:Cr:17.3,Ni:8.4,Mn:8.1,Si:4.1,C:0.05,N:0.16,Fe余量;采用真空感应熔炼炉将金属原材料熔化精炼处理后浇铸为真空感应锭,再通过将真空感应锭表面砂磨干净后制备得到电渣重熔的电极。电极直径:φ100mm;电极长度:L=1300mm。
2)取5Kg的控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,所述渣系各组成的重量百分比为CaF2:59%、AlN:20%、CaO:11%、MgO:7%、SiO2:3%。将所述渣系的各组分充分混合, 在800℃烘烤6~8h,在结晶器中化渣起弧;将步骤1)所得的电极缓慢插入到熔融状态下的渣池中,通氮气进行全程保护,氮气通入量为0.5L/min/m2,通电起弧后调整电压35~50V、电流2000~4000A,化料;
关键熔炼参数如下:
a.启动阶段,采用电流控制,电流无级变速:初始电流为3000A保持5min,按照200A/min的速度提升电流,最高为4000A,然后保持20min;按照200A/min的速度降低电流,至2000A;
b.熔炼阶段采用电流和电压控制,电流提前降低:初始电流为2000A,电极(初始电极重量为85kg)熔炼至70kg后开始降低电流,200A/min的速度调低电流,至3500A后保持;电压控制设定维持45V。
c.充填阶段采用电流控制,电流连续降低:电极剩余10kg后开始充填,充填过程按150A/min的速度调低电流,至2000A后保持,电极剩余2kg后停止熔炼。
3)重熔结束前热补缩得到钢锭;所得钢锭置于结晶器中冷却≥15min,电渣结晶器直径:φ160mm;脱模,得到电渣锭。脱模后的电渣锭采用罩冷+氮气进行保护,直至电渣锭温度小于400℃。
4)取样分析
在电渣锭顶部、中间和底部,大致均布画3个取样位置,纵向间距约150mm,在电渣锭表层取样,采用氧氮氢分析仪分析,不同位置N元素检测结果如下表1:
表1
实施例2
一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,该渣系各组分的重量百分比为:CaF2:55%、Al2O3:18%、CaO:12%、MgO:10%、SiO2:5%,渣量5kg。
用上述渣系制备电渣锭的具体步骤如下:
1)本实施例的合金的组成和重量百分比为:Cr:17.3,Ni:8.4,Mn:8.1,Si:4.1,C:0.05,N:0.16,Fe余量;采用真空感应熔炼炉将金属原材料熔化精炼处理后浇铸为真空感应锭,再通过将真空感应锭表面砂磨干净后制备得到电渣重熔的电极。电极直径:φ100mm;电极长度:L=1300mm。
2)取5Kg的控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,所述渣系各组成的重量百分比为CaF2:55%、Al2O3:18%、CaO:12%、MgO:10%、SiO2:5%。将所述渣系的各组分充分混合, 在800℃烘烤6~8h,在结晶器中化渣起弧;将步骤1)所得的电极缓慢插入到熔融状态下的渣池中,通氮气进行全程保护,氮气通入量为0.5L/min/m2,通电起弧后调整电压35~50V、电流2000~4100A,化料;
关键熔炼参数如下:
a.启动阶段,采用电流控制,电流无级变速:初始电流为2500A保持5min,按照200A/min的速度提升电流,最高为4100A,然后保持20min;按照200A/min的速度降低电流,至2100A;
b.熔炼阶段采用电流和电压控制,电流提前降低:初始电流为2000A,电极(初始电极重量为95kg)熔炼至80kg后开始降低电流,200A/min的速度调低电流,至3500A后保持;电压控制设定维持45V。
c.充填阶段采用电流控制,电流连续降低:电极剩余10kg后开始充填,充填过程按150A/min的速度调低电流,至2000A后保持,电极剩余约3kg后停止熔炼。
3)重熔结束前热补缩得到钢锭;所得钢锭置于结晶器中冷却≥15min,电渣结晶器直径:φ160mm;脱模,得到电渣锭。脱模后的电渣锭采用罩冷+氮气进行保护,直至电渣锭温度小于400℃。
4)取样分析
在电渣锭顶部、中间和底部,大致均布画3个取样位置,纵向间距约150mm,在电渣锭表层取样,采用氧氮氢分析仪分析,不同位置N元素检测结果如下表2:
表2
实施例3
一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,该渣系各组分的重量百分比为:CaF2:70%、Al2O3:10%、AlN:10%、CaO:5%、MgO:3%、SiO2:2%,渣量5kg。
用上述渣系制备电渣锭的具体步骤如下:
1)本实施例的合金的组成和重量百分比为:Cr:17.3,Ni:8.4,Mn:8.1,Si:4.1,C:0.05,N:0.16,Fe余量;采用真空感应熔炼炉将金属原材料熔化精炼处理后浇铸为真空感应锭,再通过将真空感应锭表面砂磨干净后制备得到电渣重熔的电极。电极直径:φ100mm;电极长度:L=1300mm。
2)取5Kg的控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,所述渣系各组成的重量百分比为CaF2:70%、Al2O3:10%、AlN:10%、CaO:5%、MgO:3%、SiO2:2%。将所述渣系的各组分充分混合,在800℃烘烤6~8h,在结晶器中化渣起弧;将步骤1)所得的电极缓慢插入到熔融状态下的渣池中,通氮气进行全程保护,氮气通入量为0.5L/min/m2,通电起弧后调整电压35~50V、电流2000~4100A,化料;
关键熔炼参数如下:
a.启动阶段,采用电流控制,电流无级变速:初始电流为2800A保持5min,按照200A/min的速度提升电流,最高为4000A,然后保持20min;按照200A/min的速度降低电流,至2000A;
b.熔炼阶段采用电流和电压控制,电流提前降低:初始电流为2000A,电极(初始电极重量为85kg)熔炼至70kg后开始降低电流,200A/min的速度调低电流,至3500A后保持;电压控制设定维持45V。
c.充填阶段采用电流控制,电流连续降低:电极剩余10kg后开始充填,充填过程按150A/min的速度调低电流,至2000A后保持,电极剩余约2kg后停止熔炼。
3)重熔结束前热补缩得到钢锭;所得钢锭置于结晶器中冷却≥15min,电渣结晶器直径:φ160mm;脱模,得到电渣锭。脱模后的电渣锭采用罩冷+氮气进行保护,直至电渣锭温度小于400℃。
4)取样分析
在电渣锭顶部、中间和底部,大致均布画3个取样位置,纵向间距约150mm,在电渣锭表层取样,采用氧氮氢分析仪分析,不同位置N元素检测结果如下表3:
表3
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提下,对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种控制合金中氮含量的电渣重熔渣系,其特征在于,该渣系各组分的重量百分比为:CaF2:55~70%,Al2O3+AlN:15~20%,CaO:5~12%,MgO:3~10%,SiO2:1~5%。
2.根据权利要求1所述渣系,其特征在于:所述渣系AlN、Al2O3的加入量根据电渣锭目标氮含量进行调整,其中Al2O3的加入量升高,AlN的加入量减少;Al2O3的加入量减少,AlN的加入量升高;若当AlN的加入量达到Al2O3+AlN:15~20%的最大值时,Al2O3为0;若当Al2O3的加入量达到Al2O3+AlN:15~20%的最大值时,AlN为0。
3.根据权利要求1所述渣系,其特征在于:所述渣系各组分的重量百分比为:CaF2:59%,AlN:20%,CaO:11%,MgO:7%,SiO2:3%。
4.根据权利要求1所述渣系,其特征在于:所述渣系各组分的重量百分比为:CaF2:55%、Al2O3:18%、CaO:12%、MgO:10%、SiO2:5%。
5.根据权利要求1所述渣系,其特征在于:所述渣系各组分的重量百分比为:CaF2:70%、Al2O3:10%、AlN:10%、CaO:5%、MgO:3%、SiO2:2%。
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