一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系及其制备方法与流程

本发明涉及电渣重熔技术领域，具体涉及一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系及其制备方法。

背景技术：

随着我国高端装备领域特别是航天、航空、军工、核能等快速发展，对新型材料产品性能提出了更高的要求，针对特殊服役条件下的不锈钢提出了纯净度更高、成分和组织更均匀等要求。如非金属夹杂物要细小弥散分布，无明显的宏观成分偏析、无缩孔、疏松等铸造缺陷，组织均匀、细化，微观偏析很小，碳化物均匀细小等。

电渣重熔精炼是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法，其目的是提高金属纯度，改善铸锭结晶，是常见的钢铁的精炼方法。根据精炼的钢种的不同，用于重熔精炼的电渣的成分和含量也不同。

特殊服役条件下的不锈钢0cr20ni24si4ti钢种标准含量规定：钛(0.40％～0.80％)、硅(3.50％～4.50％)、cr(19.0％～21.0％)、ni(23.0％～25.0％)，钛、硅元素较一般的不锈钢含量高，熔点比一般的不锈钢低100℃。钛、硅等元素为易氧化元素，在电渣重熔冶炼过程中，容易与渣系中的氧和氮等其它元素反应，引起钢锭内部钛、硅、铝元素含量降低，并在钢液内形成新的有害夹杂物，电渣锭表面质量差，特别是钢锭大头(尾端)渣沟严重(参见附图1)。由于电渣钢锭内部夹渣、夹杂严重，脆性夹杂物(主要是d类的细系夹杂物)超标情况突出，导致电渣钢锭锻造时就出现开裂甚至断裂报废(参见附图2)。

因此，需要一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系，以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的电渣重熔精炼高钛高硅不锈钢时，钛、硅元素容易与渣系中的氧反应形成新的有害夹杂物，电渣钢锭质量差不能满足使用需求的问题，提供一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系，以重量百分比计，包括如下成分：

caf2：51.55～52.45；

cao：19.55～20.15；

mgo：2.75～8；

al2o3：19.55～20.15；

tio2：3.85～4.25；

sio2：≤0.35。

进一步，以重量百分比计，包括如下成分：

caf2：51.55～52.45；

cao：19.55～20.15；

mgo：2.75～3.15；

al2o3：19.55～20.15；

tio2：3.85～4.25；

sio2：≤0.35。

其中，以重量百分比计，还包括：c≤0.035；p≤0.013；s≤0.018；h2o≤0.03。

本发明还公开一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系的制备方法，将购买的caf2、cao、mgo、al2o3、tio2原材料在生产现场按照渣系的比例进行配制，再用电阻炉在850℃下保温4～6小时即可。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的caf52d渣系具有较高含量的cao，能够与渣系中的al2o3和sio2结合成诸如cao·al2o3，2cao·sio2和cao·sio2等复杂的化合物，有效降低渣系中的al2o3、sio2的活度，促进al、si等易氧化元素在电渣重熔时的金属—熔渣薄膜处与氧的反应，从而降低氧含量，避免高钛高硅不锈钢中的ti、si元素与氧反应形成新的有害夹杂物特别是d类细系夹杂物，提高了钢的纯净度，制备的0cr20ni24si4ti电渣锭符合相关标准和客户的需求。而且，较高含量的cao还能够增加渣系中cao的活度acao，具有较大的硫分配比ls，促进脱硫，大大降低成品钢中的s含量。al、si元素与o元素的反应如公式(1)、(2)。cao与s反应的如公式(3)。

2[al]+3[o]＝(al2o3)(1)

[si]+2[o]＝(sio2)(2)

(ca²⁺+o^2-)+[s]＝(ca²⁺+s^2-)+[o](3)

2、本发明提供的渣系中还加入了适量的mgo，al2o3同mgo进行混合后，能够降低渣系的熔点(熔渣的熔点为1050℃～1210℃)。另外，渣系中的mgo会在渣池表面形成一层半凝固膜，能够有效防止渣池吸氧以及防止渣系中变价氧化物向金属熔池传递供氧，从而使铸锭中氧、氢、氮的含量降低，同时这层凝固膜还可减少渣表面向大气辐射的热损失，降低电渣冶炼电耗。

3、渣系中加入一定量的tio2，能够明显提高钛的收得率且收得率稳定，确保电渣锭中的钛含量，与原渣系比较，钢锭头、尾的钛偏析小，电渣钢锭锻造开坯成材后，取样检测的低倍组织宏观偏析更小。

4、采用本发明提供的用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系(caf52d渣系)生产的0cr20ni24si4ti电渣锭，表面质量明显改善，最终的成品钢材取样检测，没有出现低倍夹渣、夹杂类缺陷情况，d类夹杂物1.0级左右(标准≤2.0级)，产品实物质量稳步提升，符合相关标准和客户要求。电渣钢锭表面质量明显改善，杜绝了d类夹杂物不合格的情况，产品实物质量符合相关标准和客户要求；稳步提升了产品的实物质量取得了显著的经济效益。

附图说明

图1为对比例1中采用现有渣系制备的钢锭图。

图2为对比例1中采用现有渣系制备的钢锭锻造后的开裂图。

图3为采用本发明实施例1中的渣系制备的钢锭图。

图4为采用本发明实施例1中的渣系制备的钢锭的局部放大图(金相显微镜放大100倍)。

图5为采用对比例1中的渣系制备的钢锭的局部放大图(金相显微镜放大100倍)。

图6为采用本发明实施例1中的渣系制备的钢锭的断面图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

一、一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系

实施例1

一种用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系，渣系的成分及配比参见表1。

表1实施例中渣系的成分及配比表

表中，另配是指：先按比例称量caf2、cao、mgo和al2o3，然后再称量caf2、cao、mgo和al2o3总量的5％的tio2。

对比例1

采用现有渣系作为对比例1。现有渣系的成分及配比参见表1。

二、用于电渣重熔高钛高硅不锈钢的渣系的制备方法

将购买的caf2、cao、mgo和al2o3原材料在生产现场按照渣系的比例进行配制，再用电阻炉在850℃下保温4～6小时即可使用。

三、所述渣系的应用及效果

将实施例1中的成分和配比制备的渣系用于电渣重熔制备0cr20ni24si4ti棒材，制得的0cr20ni24si4ti棒材的成分及配比如表2所示。

表20cr20ni24si4ti钢种的成分及配比

采用实施例1的渣系制备的0cr20ni24si4ti棒材如图3所示。采用对比文件1的现有渣系制备的0cr20ni24si4ti棒材如图1和图2所示。可见，采用实施例1的渣系制备的电渣钢锭表面质量明显改善，电渣钢锭大头成型较好。对采用实施例1的渣系制备的棒材进行非金属夹杂物检测，检测结果如表3所示。

表3非金属夹杂物检测结果

由上表可知，采用本发明实施例1提供的caf52d渣系生产的0cr20ni24si4ti棒材所有的夹杂物总和为4.0级，比对比例1中现有渣系生产的0cr20ni24si4ti棒材的夹杂物总和8.5级，降低了4.5级(降低幅度达53％)，并且夹杂物呈细小弥散分布，如图4所示(金相显微镜放大100倍)。而采用对比例1的现有渣系生产的0cr20ni24si4ti棒材的夹杂物呈堆积分布，如图5所示(金相显微镜放大100倍)。

对实施例1的caf52d渣系与对比例1中的渣系进行化学成分比较，结果如表4所示。

表4实施例1的caf52d渣系与对比例1中的渣系的低倍、化学成分比较表

其中，低倍是采用肉眼观察或用5～10倍的放大镜观察。

由表4可见，实施例1的渣系生产的含钛钢的钛收得率稳定。与对比例1中的现有渣系(参见图1和图2)相比，钢锭头、尾的钛偏析小(参见图3)。电渣钢锭锻造开坯成材后，取样检测的组织宏观偏析更小，参见图6。

本发明提供的caf52d渣系具有较高含量的cao，能够与渣系中的al2o3和sio2结合成诸如cao·al2o3，2cao·sio2和cao·sio2等复杂的化合物，有效降低渣系中的al2o3、sio2的活度，促进al、si等易氧化元素在电渣重熔时的金属—熔渣薄膜处与氧的反应，从而降低氧含量，避免高钛高硅不锈钢中的ti、si元素与氧反应形成新的有害夹杂物特别是d类细系夹杂物，提高了钢的纯净度，制备的0cr20ni24si4ti电渣锭符合相关标准和客户的需求。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。