一种厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯生产工艺及设备的制作方法

文档序号:3318670阅读:378来源:国知局
一种厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯生产工艺及设备的制作方法
【专利摘要】本发明属于特种合金成型【技术领域】。涉及一种厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯生产工艺及设备,所述设备中的电极厚度、宽度和长度分别为:220-270mm、1320-1460mm和2800-3500mm;电极厚度、宽度大于所生产电渣重熔板坯宽度70mm;结晶器为上结晶器(10)下结晶器(12)构成的T型结晶器,上结晶器(10)截面尺寸大于下结晶器(12);电极(2)与上结晶器(10)对中后,电极距离上结晶器(10)内壁的距离大于50mm,引锭装置(4)包括有引锭板(15)、底水箱(6)、引锭管(13)、引锭横管(18)和“U”型引锭件(17)。所生产的耐蚀合金电渣重熔板坯厚度小于200mm,宽度大于1250mm。
【专利说明】-种厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯生产工艺及 设备

【技术领域】
[0001] 本发明属于特种合金成型【技术领域】。尤其涉及一种厚度小于200mm的耐蚀合金电 渣重熔板坯生产工艺及设备。

【背景技术】
[0002] 国内市场上供应的耐蚀合金产品主要是进口美国国际镍公司,特别是以耐蚀合 金板坯为基础生产的耐蚀合金板、带、箔材等产品几乎全部依赖进口。国家特殊钢领域 "十二五"规划指出,"十二五"期间需要重点突破高温合金、耐蚀钢等高性能特殊钢关键材 料技术,形成具有国际先进水平的高品质特殊钢材料体系和生产工艺流程,获取一批自主 知识产权,以点带面推动特殊钢产业结构调整与优化升级,大幅提升节能减排技术水平,实 现高品质特殊钢材料国产化和规模应用。
[0003] 目前,特殊钢板坯的成型方法主要采用固定式电渣重熔方式、抽锭式电渣重熔方 式和连铸方式生产。
[0004] 宝钢特殊钢有限公司、德国蒂森克虏伯公司、美国特殊钢公司、美国ATI公司等单 位均采用固定式电渣重熔方式生产耐蚀合金板坯,电渣重熔板坯的规格为350 mmX 1250 mmX 2000mm,约重7吨,首先将板述从350mm厚开述至200mm厚以下,然后200mm厚的板述 才能进炉卷轧机轧制成耐蚀合金热轧卷,最后将热轧卷冷轧成带、箔等产品。该方案的技术 优点为:①自耗电极的规格为250X1150X3000mm,电极长度短,制造容易实现,电渣重熔 过程容易实现,工艺稳定性好;②可以控制不同的熔速生产高合金含量耐蚀合金板坯,固定 式电渣重熔工艺的熔化速度对表面质量影响不大,熔化速度对凝固组织影响较大,熔化速 度越低,凝固组织越好。因此,可以采用低熔化速度获得表面质量和凝固组织均良好的耐 蚀合金电渣重熔板坯。该方案的技术缺点为:①板坯太厚,需要将350_厚的板坯锻造开 坯至200mm厚,表面修磨后再进行后续热轧,生产工序长,增加开坯、修磨工序,生产成本增 力口,能耗增加;②不能生产厚度小于200 mm,宽度大于1250mm,重量大于6吨的板坯,原因 为:传统固定式电渣重熔用结晶器为矩形,由于固定式电渣重熔工艺必须保证自耗电极距 离结晶器壁的距离大于50mm,也就是说,要生产横截面规格为AXB的电渣重熔板坯,所需 要的自耗电极横截面规格为(A-100)X (B-100),受此限制,要生产200 mm (厚)X 1250 mm (宽)X3000mm(长),重量约6吨的板坯,电极的规格为:100 mm(厚)X1150(宽)mmX6500mm (长),由于电极太长,造成电极制造、电渣设备制造等问题无法解决,因此,目前国、内外均 未米用固定式电渔重烙工艺生产厚度小于200 mm,宽度大于1250mm,重量大于6吨的电渔 重烙板述。
[0005] 文献"鄂钢20t板坯电渣炉供电制度的探索与实践"中公开了一种板坯生产方法, 其采用T型结晶器抽锭电渣重熔方式生产规格为320 mmX 1400 mmX3700mm、320 mmX 1850 _X 3900mm的低合金钢。该方案的技术优点为:①采用截面尺寸大于所生产电渣重熔板坯 的电极,将自耗电极的长度缩短,电极的生产、平直度、设备制造等容易实现;②抽锭电渣重 熔工艺的特点为:熔化速度越高,电渣重熔板坯的表面质量越好,而凝固组织的质量越差, 会产生偏析、凝固疏松等缺陷。由于熔化速度对低合金钢的凝固组织质量影响较小,因此, 可以采用高熔速(比固定式电渣重熔熔速约高40-50%)生产表面质量、内部凝固组织均良好 的厚度300mm以上的厚板坯。该方案的缺点为:①生产的低合金板坯,仍然需要先将厚度 为320mm的板述开述成200mm以下的板述,表面修磨后才能进入炉卷乳机乳制成热乳卷, 生产工序长,增加开坯、修磨工序,生产成本增加,能耗增加;②无法实现300mm厚以上的高 合金含量的耐蚀合金板坯生产,原因为:(a)耐蚀合金的合金元素含量远远高于低合金钢, 在凝固过程中元素偏析严重,板坯的厚度增加至300mm厚以上,板坯的化学成分均匀性差, 影响最终产品的耐腐蚀性能;(b)耐蚀合金的导热性能远低于低合金钢,凝固特性差,板坯 厚度增加至300mm厚以上,金属凝固速度低于合金钢,会产生心部显微疏松、微观缩孔等缺 陷,心部粗大等轴晶区域大,板坯的热塑性差;③耐蚀合金的高温粘度高于低合金钢,流动 性差,易形成夹渣缺陷。因此,目前国、内外未见利用利用抽锭电渣重熔的方法生产高合金 含量的耐蚀合金板坯。
[0006] 文献"N08810耐蚀合金200mm厚连铸板坯纵向裂纹形成机理的分析"中公开了一 种耐蚀合金板坯的生产方法,其采用连铸的工艺生产出截面为200 mmX 1300 mm的N08810 合金板坯。该方案的技术优点为:节省了开坯、修磨工序,直接连铸、热轧一火成材,生产成 本降低,节省能源消耗。该方案的技术缺点为:①连铸板坯的纯净度没有电渣重熔板坯高, 耐腐蚀性能、成分均匀性等都不如电渣重熔板坯,影响使用性能;②生产效率高、产能大(一 般一次生产在150吨以上),不适应耐蚀合金产品多规格、小批量的市场特点。因此,目前国 内、外没有实现耐蚀合金板坯连铸工业化生产。
[0007] 因此,需要生产出厚度小于200 mm,宽度大于1250mm,重量大于6吨的耐蚀合金 电渣重熔板坯,使板坯直接进入炉卷轧机热轧成卷,节省中间的锻造开坯工序,生产成本降 低,能耗降低,板材的纯净度高,耐腐蚀性能提高,实现10吨以下的小批量生产,适应市场 特点。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是提出一种厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯生产工艺及 设备,实现厚度小于200 mm,宽度大于1250mm,重量大于6吨的耐蚀合金电渣重熔板坯生 产,该电渣重熔板坯可直接进入炉卷轧机热轧成卷,节省中间的锻造开坯工序,缩短耐蚀合 金板、带、箔材的生产流程,降低生产成本,降低能耗降低,满足耐蚀合金板、带、箔材批量 小、生产灵活的市场特点。
[0009] 本发明采用下技术方案:所述耐蚀合金的种类包括双相不锈钢、超级奥氏体不锈 钢、铁镍基耐蚀合金、镍基耐蚀合金等;所述耐蚀合金电渣重熔板坯厚度小于200 mm,宽度 大于1250mm ;本发明采用的抽锭电渣重熔设备包括有电极升降机构、电极、结晶器、探测 器、引锭装置、抽锭系统、底水箱、控制系统;所述升降机构的作用为:将电极夹持牢固后插 入T型结晶器中,自上至下传动;所述电极的作用为:电极熔化后在结晶器内重新凝固成 电渣重熔板坯,所述电极的厚度、宽度分别为:220-270mm、1320-1460mm,长度方向的尺寸 由电极的重量决定;电极重量大于6吨,电极的特点为电极厚度、宽度大于所生产电渣重 熔板坯宽度70mm,电极的长度小于所生产电渣重熔板坯的长度,电极规格设计的方法为: 一方面,电极插入T型结晶器的上结晶器,上结晶器内腔的厚度、宽度分别为330-390mm、 1480-1560 mm,电极的厚度、宽度尺寸距离结晶器壁的安全距离最小为50mm ;另一方面,电 渣重熔过程中,从结晶器壁至中心,液态渣池的温度从1250°C升高至1900°C,逐渐升高,结 晶器壁处的温度越低,凝固的固态渣皮厚度越大,板坯的表面质量越差,所选用渣系的熔点 范围为1200-1250°C,电极横截面的厚度、宽度尺寸大于所生产的板坯横截面的厚度、宽度 尺寸70mm,可以保证结晶器壁四周的温度在1250-1280°C,形成良好的板坯表面质量;从以 上两方面考虑,电极的厚度、宽度分别为 :220-270mm、1320-1460mm,长度方向的尺寸由电极 的重量决定;本发明采用T型结晶器,所述的结晶器包括上结晶器和下结晶器;上结晶器截 面尺寸大于下结晶器;所述T型结晶器的作用为:电极插入T型结晶器的上结晶器,电极在 上结晶器熔化后,金属液滴滴到下结晶器形成金属熔池,金属熔池在结晶器冷却水的冷却 条件下,凝固成电渣板坯;上结晶器的尺寸规格主要考虑电极与结晶器对中后,电极距离上 结晶器内壁的距离大于50mm,且电极的厚、宽尺寸大于所生产电渣锭厚、宽尺寸70mm ;下结 晶器的规格主要考虑耐蚀合金板坯的规格,以及耐蚀合金凝固后会产生3-4_的收缩量; 因此,上结晶器内腔的厚度、宽度分别为330-390mm、1480-1560 mm,上结晶器高400mm ;下 结晶器内腔尺寸为158-208mmX 1258-1408 mm,下结晶器高400mm;由于板述凝固后每个面 凝固后会收缩3-4mm,上结晶器横截面厚度、宽度尺寸大于电极横截面厚度、宽度尺寸至少 50mm,保证电极在下降过程中不碰到上结晶器壁;所述的引锭装置包括有引锭板和底水箱; 所述引锭板为正方形钢板,两个所述的引锭板对称设置在底水箱上端面左、右两侧,所述引 锭板具有中心圆孔,圆孔直径与引锭管的外径尺寸等大;设置有引锭管,所述引锭管为中空 结构,与冷却水系统连通的两个所述的引锭管分别穿过底水箱左、右两侧后由引锭横管连 通,形成冷却水路,所述的引锭横管距离底水箱上端面35-45mm高,所述的引锭横管形成粘 接点;两个所述的引锭管穿过所对应的引锭板的中心圆孔,通过支承环和两个引锭板固定; 所述引锭管的下端外部为螺纹结构,通过紧固螺母使引锭板、引锭管与底水箱的位置相对 固定;所述的支承环位于所述引锭板的上端面并套在所述的引锭管上,支承环与引锭板、弓丨 锭管焊接连接;在所述引锭管的上端面焊接"U"型引锭件,所述"U"型引锭件为钢结构件, 其最高点距离底水箱上端面50-55mm,所述"U"型引锭件形成粘接点。
[0010] 抽锭电渣重熔设备中的升降机构,抽锭机构,底水箱及控制系统等采用现有抽锭 电渣重熔设备的结构。
[0011] 针对双相不锈钢、铁镍基耐蚀合金、镍基耐蚀合金的特点,选择相应的电极熔化速 度,冷却制度,实现了厚度小于200 mm,宽度大于1250mm,重量大于6吨的耐蚀合金板述生 产。
[0012] 利用所述方法和设备生产的耐蚀合金电渣重熔板坯显著特点为:①表面光滑、无 渣坑、波纹等问题;②无凝固疏松、夹渣等缺陷,结晶取向与轴向夹角小于45°,心部无粗 大等轴晶区,板坯具有良好的热加工塑性;③电渣重熔板坯可直接进入炉卷轧机热轧成 卷,节省了中间的锻造开坯工序,生产成本降低,能耗降低,适应耐蚀合金板带市场特点,具 有明显的经济效益,市场竞争力提高。
[0013] 本发明采用的抽锭电渣重熔工艺包括以下步骤: 1)、采用中频炉+A0D炉精炼工艺生产双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢、铁镍基耐蚀合 金、镍基耐蚀合金电极,电极规格为220-270mmX1320-1460mmX2800-3500mm,电极重量大 于6吨,将自耗电极焊接在假电极上,待用; 2) 、将渣料在800-850°C的温度下烘烤7-8小时,减少渣料中的水份,待用; 3) 、采用石墨电极在化渣包中将准备好的渣料熔化成液态,液态渣温度控制在 1650-1700。。; 4) 、将引锭装置与底水箱联接牢固,再将底水箱移动到下结晶器内,将底水箱与下结晶 器四周的空隙密封好,自耗电极与结晶器对中后,抬起至上结晶器口; 5) 、关闭引锭装置的冷却水,将液态渣倒入T型结晶器内; 6) 、将自耗电极插入T型结晶器的上结晶器中,调整好设备的电压、电流,电极插入深 度控制在15-20mm,电极的熔化速度控制在900-1300kg/h,金属液滴滴落在引锭装置上,将 引锭装置的冷却水打开,使金属熔池牢固凝固在引锭装置上; 7) 、金属熔池液面采用探测器进行判断,当金属熔池的液面达到距离下结晶器底边 300-380mm高度时,开始抽动底水箱,将钢锭从结晶器中拉出,抽动的速度为l-13mm/min, 一直将自耗电极熔化完毕;上结晶器的冷却水流量控制在80-90m 3/h,下结晶器的冷却水流 量控制在130-150m3/h,底水箱冷却水流量控制在20-30m 3/h,引锭装置的冷却水流量控制 在 10-20m3/h ; 8) 、根据生产需要,将另外一支自耗电极重新移至渣池中,实现连续生产。
[0014] 所生产的耐蚀合金电渣重熔板坯横截面规格为150-200mm (厚)X1250-1400mm (宽),重量大于6吨,电渣重熔板坯不需要进行锻造开坯工序,即可直接进入炉卷轧机热轧 成卷。
[0015] 本发明耐蚀合金板坯电渣重熔工艺及抽锭电渣重熔设备,成功生产出内部质量和 表面质量良好的厚度为150-200mm、宽度为1250-1400mm、重量大于6吨的双相不锈钢、超级 奥氏体不锈钢、铁镍基耐蚀合金、镍基耐蚀合金等电渣重熔板坯,该板坯可以直接进入炉卷 轧机热轧成材,降低了生产成本,降低了能耗,提高了生产效率,适应耐蚀合金板带市场特 点,可以进行小批量生产,该技术具有明显的经济效益,填补了国、内外在该领域的空白。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 图1是板坯抽锭电渣重熔设备示意图。
[0017] 图2是T型结晶器示意图。
[0018] 图3是引锭装置示意图。
[0019] 图中,1、升降机构,2、电极,3、T型结晶器,4、引锭装置,5、抽锭机构,6、底水箱,7、 板坯,8、控制系统,9、液态渣池,10、上结晶器,11、探测器,12、下结晶器,13、引锭管,14、螺 母,15、引锭板,16、支撑环,17、"U"型引锭件,18、引锭横管。

【具体实施方式】
[0020] 结合给出的实施例对本发明加以说明: 下述实施例中,采用T型结晶器3,结合图2,所述的T型结晶器3包括上结晶器 10和下结晶器12 ;上结晶器10截面尺寸大于下结晶器12 ;上结晶器10内腔的厚度、 宽度分别为330-390mm、1480-1560 mm,上结晶器高400mm ;下结晶器12内腔尺寸为 158-208_X1258-1408 _,下结晶器12高400_ ;结合图3,引锭装置包括有引锭板15和 底水箱6 ;所述引锭板15为正方形钢板,两个所述的引锭板15对称设置在底水箱上端面 左、右两侧,所述引锭板15具有中心圆孔,圆孔直径与引锭管13的外径尺寸等大;设置有引 锭管13,所述引锭管13为中空结构,与冷却水系统连通的两个所述的引锭管13分别穿过 底水箱左、右两侧后由引锭横管18连通,形成冷却水路,所述的引锭横管18距离底水箱上 端面35-45mm高,所述的引锭横管18形成粘接点;两个所述的引锭管13穿过所对应的引锭 板的中心圆孔,通过支承环16和两个引锭板15固定;所述引锭管13的下端外部为螺纹结 构,通过螺母14使引锭板15、引锭管13与底水箱的位置相对固定;所述的支承环16位于 所述引锭板的上端面并套在所述的引锭管13上,支承环16与引锭板15、引锭管13焊接连 接;在所述引锭管13的上端面焊接"U"型引锭件17,所述"U"型引锭件17为钢结构件,其 最高点距离底水箱上端面50-55mm,所述"U"型引锭件17形成粘接点。抽锭电渣重熔设备 中的升降机构,抽锭机构,底水箱及控制系统等采用现有抽锭电渣重熔设备的结构。
[0021] 实施例1 :制造 UNS S32760双相不锈钢板坯。
[0022] 第一步、采用"中频炉+A0D炉"工艺冶炼自耗电极,电极规格为270mm (厚)X 1320 mm (宽)X2800mm (长),电极的化学成分符合标准要求,如表1所示。
[0023] 表1电极化学成分(重量%)

【权利要求】
1. 一种厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯生产设备,所述耐蚀合金的种类包括 双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢、铁镍基耐蚀合金、镍基耐蚀合金等;所述耐蚀合金电渣重 烙板述厚度小于200 mm,宽度大于1250mm ;所述设备包括有电极升降机构(1)、电极(2)、结 晶器(3)、探测器(8)、引锭装置(4)、抽锭机构(5)、底水箱(6)、控制系统(8);其特征在于: 所述电极的厚度和宽度分别为 :220-270mm、1320-1460mm,电极重量大于6吨,所述电极厚 度、宽度大于所生产电渣重熔板坯宽度7〇_,电极的长度小于所生产电渣重熔板坯的长度; 所述结晶器(3)为T型结晶器,所述的结晶器包括有上结晶器(10)下结晶器(12),上结晶 器(10)截面尺寸大于下结晶器(12);所述电极(2)与上结晶器(10)对中后,电极距离上结 晶器(10)内壁的距离大于50mm;上结晶器内腔尺寸为330-390mmX 1480-1560 mm,上结晶 器高400mm ;下结晶器内腔尺寸为158-208mmX 1258-1408 mm,下结晶器高400mm;所述的引 锭装置(4)包括有引锭板(15)和底水箱(6);所述引锭板(15)为正方形钢板,两个所述的 引锭板(15)对称设置在底水箱上端面左、右两侧,所述引锭板(15)具有中心圆孔,圆孔直 径与引锭管(13)的外径尺寸等大;所述引锭管(13)为中空结构,与冷却水系统连通的两个 所述的引锭管(13)分别穿过底水箱左、右两侧后由引锭横管(18)连通,形成冷却水路,所 述的引锭横管(18)距离底水箱(6)上端面35-45mm高,所述的引锭横管(18)形成粘接点; 两个所述的引锭管(13)穿过所对应的引锭板的中心圆孔,通过支承环(16)和两个引锭板 (15)固定;所述引锭管(13)的下端外部为螺纹结构,通过螺母(14)使引锭板(15)、引锭管 (13)与底水箱(6)的位置相对固定;所述的支承环(16)位于所述引锭板(15)的上端面并 套在所述的引锭管(13)上,支承环(16)与引锭板(15)、引锭管(13)焊接连接;在所述引锭 管(13)的上端面焊接"U"型引锭件(17),所述"U"型引锭件为钢结构件,其最高点距离底 水箱上端面50-55mm,所述的"U"型引锭件(17)形成粘接点。
2. 权利要求1所述厚度小于200_的耐蚀合金电渣重熔板坯生产设备的生产工艺,其 特征在于:所述生产工艺包括以下步骤: 1) 、采用中频炉+AOD炉精炼工艺生产双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢、铁镍基耐蚀合 金、镍基耐蚀合金电极,电极规格为220-270mmX1320-1460mmX2800-3500mm,电极重量大 于6吨,将自耗电极焊接在假电极上,待用; 2) 、将渣料在800-850°C的温度下烘烤7-8小时,减少渣料中的水份,待用; 3) 、采用石墨电极在化渣包中将准备好的渣料熔化成液态,液态渣温度控制在 1650-1700。。; 4) 、将所述引锭装置(4)与所述底水箱(6)联接牢固,再将底水箱(6)移动到下结晶器 (12)内,将底水箱(6)与下结晶器(12)四周的空隙密封好,自耗电极(2)与上结晶器(10) 对中后,抬起至上结晶器口; 5) 、关闭引锭装置(4)的冷却水,将液态渣倒入T型结晶器内; 6) 、将自耗电极插入T型结晶器上部的渣池中,调整好设备的电压、电流,电极插入深 度控制在15-20mm,电极的熔化速度控制在900-1300kg/h,金属液滴滴落在引锭装置(4) 上,将引锭装置(4)的冷却水打开,使金属熔池牢固凝固在引锭装置(4)上; 7) 、金属熔池液面采用探测器(11)进行判断,当金属熔池的液面达到距离下结晶器底 边300-380mm高度时,开始抽动底水箱,将钢锭从下结晶器中拉出;抽动的速度为l-13mm/ min,一直将自耗电极熔化完毕;上结晶器(10)的冷却水流量控制在80-90m3/h,下结晶器 (12)的冷却水流量控制在130-150m3/h,底水箱(6)冷却水流量控制在20-30m3/h,引锭装置 (4)的冷却水流量控制在10-20m3/h ; 8)、根据生产需要,将另外一支自耗电极重新移至渣池中,实现连续生产。
3. 如权利要求2所述厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯的生产工艺,其特征在 于:所述耐蚀合金电渣重熔板坯为UNS S32760双相不锈钢板坯,所述UNS S32760双相不锈 钢板坯的渣系采用CaF2、A1203、CaO、MgO、Si0 2五元渣系,各组元的重量百分比分别为32%、 31%、27%、6%、4%。
4. 如权利要求2所述厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯的生产工艺,其特征在 于:所述耐蚀合金电渣重熔板坯为UNS S31254超级奥氏体不锈钢板坯,所述UNS S31254超 级奥氏体不锈钢板坯的渣系采用CaF2、A1203、CaO、Ti0 2、Si02五元渣系,各组元的重量百分 比分别为 54%、26%、12%、3%、5%。
5. 如权利要求2所述厚度小于200_的耐蚀合金电渣重熔板坯的生产工艺,其特征在 于:所述耐蚀合金电渣重熔板坯为UNS N08825含Ti铁镍基耐蚀合金板坯,所述UNS N08825 含Ti铁镍基耐蚀合金板坯的渣系采用CaF2、Al203、Ca0、Ti0 2、Si02五元渣系,各组元的重量 百分比分别为 58. 4%、21%、13%、3· 6%、4%。
6. 如权利要求2所述厚度小于200mm的耐蚀合金电渣重熔板坯的生产工艺,其特征在 于:所述耐蚀合金电渣重熔板坯为UNS N06625镍基耐蚀合金板坯,所述UNS N06625镍基耐 蚀合金板坯的渣系采用CaF2、A1203、CaO、Si0 2四元渣系,各组元的重量百分比分别为63%、 15%、13%、9%。
【文档编号】C22B9/187GK104152709SQ201410405581
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】王新鹏, 宁天信, 杨俊峰, 陈帅超, 张春林, 罗利阳 申请人:洛阳双瑞特种装备有限公司
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