本发明涉及电冶金技术领域，特别的涉及一种电渣重熔渣系及用于电渣重熔40crnimoa低氢控制方法。
背景技术
电渣重熔冶金技术，获得高质量钢锭是在钢与渣的充分反应条件下提纯金属，并在高温熔渣的热保护下于水冷结晶器内凝固结晶。由于钢锭表面有渣皮，不仅获得光洁良好的锭表面，而且渣皮导热性能差促进了钢锭的轴向结晶，减弱了径向凝固结晶组织的发展。并且可获得组织致密、偏析，成分均匀的钢锭。然而，在电渣重熔过程中，对于氢情况却相反，不但不能有效地去除，而且还存在着增氢的现象。因为在电渣重熔过程中，铸锭中氢的增加受到大气-炉渣界面的影响。在大气-炉渣界面上形成的边界层中，大气中水蒸气与渣中的氧离子反应形成的oh通过边界层的扩散决定着钢中氢的变化。而氢在炉渣与液态金属中的分配基本上处于平衡状态，这主要是电极熔化形成的小液滴表面积很大，能够与炉渣充分地接触，因此氢在这两者之间基本上处于平衡状态。电渣过程中氢的来源可以归纳为：1)电极坯料中的氢含量；2)渣中吸收的水分；3)大气中的水分；4)电极和结晶器冷表面上冷凝的水分。在电渣重熔过程中，铸锭中氢的增加受到大气-炉渣界面的影响。在大气-炉渣界面上形成的边界层中，大气中水蒸气与渣中的氧离子反应形成的oh通过边界层的扩散决定着钢中氢的变化。
众所周知，氢在钢中有很大的危害，当其中含氢量增加时，严重的影响了钢的强度、塑性等力学性能。另外，还会造成其耐磨性、耐腐蚀性等大大的降低及产生白点等缺陷。严重影响钢材的性能。因此，在电渣重熔过程中氢的控制意义重大。
钢铁市场竞争日趋激烈，用户对产品要求低气体含量、低夹杂含量也越来越多，对钢坯的冶炼水平提出了较高的要求。如40crnimoa是典型的cr-ni系调质钢，具有强度高、综合力学性能好的优点，常用于制造承受冲击及循环载荷的重要零件。一些企业在用该钢制造航空发动机涡轮轴时，常规电渣重熔技术制备的40crnimoa因为含氢量偏高导致产生白点等缺陷，严重影响钢材的性能，目前行业普遍采取钢锭退火扩氢处理，氢扩散效果有限，或采用真空电渣重熔保护电渣重熔，虽然该方法能降低氢含量，但成本高限制了其应用。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明解决电渣重熔过程中氢的控制问题，提供一种电渣重熔渣系及用于电渣重熔40crnimoa低氢控制方法，并且该方法易于控制、成本较低。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种电渣重熔渣系，包括以下重量百分比的组分：al2o320～30％，sio25～8％，mgo3～5％，余量为caf2；所述电渣重熔渣系的碱度为0.7～0.9。
一种电渣重熔40crnimoa低氢控制方法，包括如下步骤：
1)将上述电渣重熔渣系于150～300℃下烘烤4～8小时，再于800～900℃下烘烤3～5h；
2)以40crnimoa合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉后，向所述电渣重熔炉的结晶器中加入步骤1)烘烤好的电渣重熔渣，调节电压60～65v、电流11000～12000a，在干燥惰性气体(氩气)保护下对所述自耗电极进行电渣重熔，重熔时间为40～50min，重熔过程匀速均匀加入铝粉。
进一步，所述铝粉的加入速度为1.5～3g/min。
进一步，所述自耗电极在使用前需将其表面的折叠、夹渣和铁锈清除干净，再将其表面砂磨光亮，然后在弱氧化性气氛下150～200℃烘烤3～4小时。
进一步，所述40crnimoa的锭型为φ390～φ400mm，渣量控制在120～130kg/炉。
进一步，所述惰性气体为氩气，所述氩气的通气量为8～10l/min。
本发明的作用原理：在电渣重熔过程中，氢通过渣传递到金属中分两个步骤：
首先是渣池上的水蒸气按下列反应以氢氧根离子oh-的形式溶解与渣中：
h20汽+o2-渣＝2oh-
其次是oh-进而与钢中的fe反应形成氢及氧进入金属：
2oh-渣+fe2+渣＝fe金属+2o金属+2h金属
因此，对氢溶解度大的渣，对氢的透气性强。从上式可知，炉渣中氢的溶解度以及氢由炉渣向金属的过度随渣中氧离子的活度或浓度的增大而增大。渣中o2-离子的活度随渣碱度的增大而增大，所以碱度越高的渣对氢的透气性越大，反之，酸性渣，氢的溶解度小，透气性小。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所采用的电渣重熔渣系为弱酸性渣系(0.7～0.9)，在该条件下氢的溶解度小，透气性小，能够大大的减少重熔钢中氢的含量，进一步，避免使用含有cao等含较强吸水性组份的重熔渣，并且渣料、电极和氩气都经过干燥处理，大大的减少了电渣过程中氢的来源。实现无需严格控制炉气湿度就能降低重熔钢中的氢含量。
2、本发明重熔渣成分合理，制造工艺简单，该渣系在使用过程渣系稳定，重熔化学成分稳定，铸锭表面光滑，且节能降耗效果好。
3、本发明电渣重熔的低氢控制方法中，无需严格控制炉气湿度，重溶钢也无需退火扩氢处理含氢量低至3ppm，因此本发明具有操作简单，稳定易控，能耗低，成本低和减氢效果极佳的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。如下实施例中所用caf2化学成分的重量百分比为：caf2≥98％，sio2≤1.2％,feo≤0.4％,mno≤0.2％，h2o≤0.01％,pb≤0.001％,p≤0.03％和不可避免的杂质。
一、电渣重熔40crnimoa低氢控制方法
实施例1
1)配制电渣重熔渣系，其各组分按重量份为caf270份,al2o320份，sio26份，mgo4份，该渣系的碱度b＝0.84，重量130kg；
2)将步骤1)所述的渣系于200℃下烘烤4小时，再于800℃下烘烤4h，取出立即使用；
3)选用40crnimoa电极坯为∮400mm，将电极坯表面的折叠、夹渣、铁锈等清除干净，表面砂磨光亮，并将电极坯放在弱氧化性气氛200℃下烘烤3小时；所述弱氧化性气氛包括co、co2和o2的混合气体，所述co和co2的总浓度为30％，所述o2的浓度为5％。
4)装配好电渣重熔炉后，向所述电渣重熔炉的平均直径为∮600mm结晶器中加入步骤2)烘烤好的电渣重熔渣，调节电压63v、电流12000a，在干燥氩气保护下对所述电极进行电渣重熔，氩气的通气量为8l/min，重熔时间为40min，重熔过程以2g/min的速度添加铝粉。
实施例2
1)配制电渣重熔渣系，其各组分按重量份为caf270份,al2o320份，sio26份，mgo4份，该渣系的碱度b＝0.84，重量130kg；
2)将步骤1)所述的渣系于200℃下烘烤4小时，再于800℃下烘烤3h，取出立即使用；
3)选用40crnimoa电极坯为∮400mm，将电极坯表面的折叠、夹渣、铁锈等清除干净，表面砂磨光亮，并将电极坯放在弱氧化性气氛200℃下烘烤3小时；所述弱氧化性气氛包括co、co2和o2的混合气体，所述co和co2的总浓度为35％，所述o2的浓度为8％。
4)装配好电渣重熔炉后，向所述电渣重熔炉的平均直径为∮600mm结晶器中加入步骤2)烘烤好的电渣重熔渣，调节电压63v、电流12000a，在干燥氩气保护下对所述电极进行电渣重熔，氩气的通气量为8l/min，重熔时间为40min，重熔过程以2g/min的速度添加铝粉。
实施例3
1)配制电渣重熔渣系，其各组分按重量份为caf260份,al2o330份，sio25份，mgo5份，该渣系的碱度b＝0.9，重量130kg；
2)将步骤1)所述的渣系于240℃下烘烤4小时，再于900℃下烘烤3h，取出立即使用；
3)选用40crnimoa电极坯为∮400mm，将电极坯表面的折叠、夹渣、铁锈等清除干净，表面砂磨光亮，并将电极坯放在弱氧化性气氛200℃下烘烤3小时；所述弱氧化性气氛包括co、co2和o2的混合气体，所述co和co2的总浓度为40％，所述o2的浓度为8％。
4)装配好电渣重熔炉后，向所述电渣重熔炉的平均直径为∮600mm结晶器中加入步骤2)烘烤好的电渣重熔渣，调节电压63v、电流12000a，在干燥氩气保护下对所述电极进行电渣重熔，氩气的通气量为8l/min，重熔时间为40min，重熔过程以2g/min的速度添加铝粉。
二、性能检测
检测实施例1～3中的自耗电极在重熔前后的含氢量。结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，40crnimoa合金经过电渣重熔后，含氢量明显降低，并且能低至3ppm，表面无白点，该方法易于控制、成本较低。进一步使重溶钢在强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性也会有明显的增强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。