一种重熔精炼渣及其用于对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法
【专利摘要】本发明提供一种重熔精炼渣及其用于对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法，所述重熔精炼渣包括如下重量份的组分：CaF2 45~50份、Al2O3 15~20份、CaO 15~20份、TiO2 8~10份和MgO 5~7份；所述方法先将上述精炼渣和脱氧剂于650~800℃下保温烘烤9~13小时，以高Al高Ti合金钢作为自耗电极，将脱氧剂和烘烤好的重熔精炼渣加入到化渣炉内熔化，再将熔化完全的脱氧剂和重熔精炼渣倒入电渣重熔炉内，装配好电渣重熔炉，调节电压60~65V、电流9500~15000A，在惰性气体保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼。本发明方法制得的钢锭Al、Ti含量合格且分布均匀。
【专利说明】
一种重熔精炼渣及其用于对高AI高T i合金钢的电渣重熔方法
技术领域
[0001] 本发明属于电冶金技术领域，涉及一种重熔精炼渣及其用于对高A1高Ti合金钢的 电渣重熔方法。
【背景技术】
[0002] 电渣重熔是通过熔渣的电阻热使自耗电极熔化，金属熔滴穿过熔渣层而形成熔 池，并在结晶器内重新结晶凝固成钢锭的一种方法。自耗电极在熔化形成液滴一渣洗一凝 固的过程中，发生多种复杂的冶金物化反应，不同钢种在不同的重熔工艺制度下，重熔前后 的化学成分也将发生不同程度的变化。尤其是重熔含有Al、Ti元素的钢种时，Al、Ti在电渣 重熔的过程中易氧化，造成电渣锭成份很难控制。
[0003] 公开号为CN1059371的发明专利，旨在解决电渣重熔法生产低铝(A1彡0.010%)的 高级优质金属材料。而公开号为CN101736164的发明专利，旨在解决电渣重熔法生产高Ti低 八1(11 :2.4~3.2%41彡0.35%)的金属材料，而现有技术中以上选用的渣系用于41、11相当 的合金，尤其是高A1高Ti含量且A1和Ti含量相当的合金，Al、Ti收得不均匀尤其是Ti钢锭头 尾收得偏差大，因此现有的渣系不适用于该类合金的电渣重熔。如GH37、GH35、GH500的电渣 重熔中，因而存在着一定的局限和不足之处。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是:针对现有技术电渣 重熔方法并不适用于高A1高Ti合金钢的电渣重熔，而提供一种重熔精炼渣及其用于对高A1 高Ti合金钢的电渣重熔方法，使采用该方法制得的重熔钢锭中Al、Ti合金成分合格且分布 均匀。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种重熔精炼渣，包括如下重 量份的组分:CaF2 45~50份、AI2O3 15~20份、CaO 15~20份、Ti〇2 8~10份和MgO 5~7份。
[0006] 本发明是根据高A1高Ti且Al、Ti含量相当合金钢的成分特点，特别设计出的重熔 精炼渣，该渣系中加入了可以抑制钢中钛烧损的Ti 02，且加入的MgO不仅可以提高熔渣在高 温下的黏度，在熔池表面形成一层半凝固膜，防止渣池吸氧及防止渣中变价氧化物向金属 熔池传递供氧，还能提高渣中Ti 305和ai2o3的活度系数，降低渣中Ti02的活度系数，抑制Ti0 2 传递供氧作用，进一步抑制了 Ti和A1烧损，使高A1高Ti且Al、Ti含量相当合金钢在电渣重熔 中A1和Ti烧损量最低，保证制得的钢锭成分合格，质量优异。
[0007] 进一步，所述重熔精炼渣包括如下重量份的组分:CaF2 50份、Al2〇3 20份、CaO 15 份、Ti〇2 10份和MgO 5份。
[0008] 该组份的渣中不稳定氧化物如Si〇2含量低，加入约15份CaO使渣中的氧含量下降， 渣系熔化后形成稳定的共晶化合物，对钢液中夹杂的吸附能力强。由于Ti是不稳定的变价 氧化物，渣中加入质量约10份的Ti0 2对钢种具有抑制作用。另外该组份熔渣的渣-金属之间 的界面张力大，渣对钢的侵润差，钢种夹杂或是渣中夹钢的现象降低，金属的损失也减少， 活泼元素 Al、Ti收得变高。
[0009] 再进一步，所述重熔精炼渣的各组分中Si 02的质量含量均彡1.0%。本发明进一步 为了避免合金钢中的A1元素被烧损，严格控制渣系中各组分Si0 2含量小于等于1.0%，将A1 元素的烧损量降到了最低。
[0010] 采用上述重熔精炼渣对高A1高Ti合金钢的电渣重熔方法，包括如下步骤： 1) 将上述重熔精炼渣于650~800 °C下保温烘烤9~13小时； 2) 以高A1高Ti合金钢作为自耗电极，将脱氧剂和步骤1)烘烤好的重熔精炼渣加入到化 渣炉内熔化，其中，所述重熔精炼渣的添加量为所述自耗电极重量的4~5%;所述脱氧剂为质 量比1~3:2~4的钛铁粉和铝粉，所述脱氧剂总添加量和重熔精炼渣的质量比为12~17:1000; 所述高A1高Ti合金钢为A1质量含量为1.7~3.5%、Ti质量含量为1.7~3.5%的合金钢； 3) 将步骤2)熔化完全的脱氧剂和重熔精炼渣倒入电渣重熔炉内，装配好电渣重熔炉， 调节电压60~65V、电流9500~15000A，在惰性气体保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼;其 中，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和 铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.6~1.0:1000。
[0011] 采用上述重熔精炼渣进行电渣重熔，能够有效避免合金钢中的A1和Ti元素被烧 损，使制得的重熔钢锭能够保证高Ti和A1含量，且针对本发明合金钢电渣重熔时在渣相中 容易产生变价氧化物，本发明特别通过研究，最后发现调节电压62~64V、电流10000~ 13000A，按照上述重熔精炼渣、脱氧剂的添加量进行填充，能保证渣池表面温度低，进一步 降低A1和Ti元素的烧损量，使制得的重熔钢锭成分合格。
[0012] 进一步，控制所述自耗电极和电渣重熔炉结晶器的直径比为0.7~0.75:1，更优选 地，所述自耗电极和电渣重熔炉结晶器的直径比最佳为0.75:1。这样，可以最大程度地减少 自耗电极表面受热辐射氧化，减少合金成分的烧损。
[00?3]进一步，步骤3)中所述惰性气体为氩气，流速为15~20 L/min，更优选地，氩气的流 速最佳为20 L/min。以这样的流速通入氩气，可以降低渣池中的氧浓度，保护电极表面不受 辐射热氧化，进一步减少烧损。
[0014] 作为优化，步骤3)冶炼过程中所述钛粉和铝粉均按照7~12g/min的速度进行添加。 采用这样的方式在冶炼过程中连续均匀地加入钛粉和铝粉，可以使渣池中的脱氧更加彻 底，使合金中A1和Ti元素烧损更少。
[0015] 作为优化，所述自耗电极在渣池中的埋入深度与自耗电极的直径比为0.5~0.7:1， 更优选地，埋入深度与自耗电极的直径比最佳为0.5:1。采用这样的埋入深度，可以控制低 价氧化物和气相氧的反应，减少氧的传递速度，减少A1和Ti的烧损。
[0016] 作为又一优化，所述电渣重熔炉的结晶器和底水箱间设置有石棉层。采用这样的 绝缘措施，有利于降低渣池表面温度，进而减少氧化，减少合金中A1和Ti元素的烧损。
[0017] 作为另一优化，所述高A1高Ti合金钢为GH37合金钢、GH35合金钢或GH500合金钢。 本发明方法对GH37合金钢、GH35合金钢或GH500合金钢的重熔效果更好，能最大程度保证A1 和1^元素不被烧损。所述6!137合金钢以1]￥丨.％ :1.8~2.3、[1^]￥丨.％:1.7~2.3,6!135合金 钢[Al] wt.%:2.1 ~2.5、[Ti] wt.%:2.0~2.8，GH500合金钢[Al] wt.%:2.75~3.25、[Ti] wt.%:2.75~3.25。
[0018] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果： 1、本发明是针对高A1高Ti且A1、Ti含量相当合金钢的成分特点，特别设计出的重熔精 炼渣，该渣系中加入了可以抑制钢中钛烧损的Ti02,且加入的MgO不仅可以提高熔渣在高温 下的黏度，在熔池表面形成一层半凝固膜，防止渣池吸氧及防止渣中变价氧化物向金属熔 池传递供氧，还能提高渣中Ti 3〇5和Al2〇3的活度系数，降低渣中Ti02的活度系数，抑制Ti0 2传 递供氧作用，进一步抑制了 Ti和A1烧损，使高A1高Ti且Al、Ti含量相当合金钢在电渣重熔中 A1和Ti烧损量最低，保证制得的钢锭成分合格，质量优异。
[0019] 2、本发明通过控制冶炼电压、电流和渣料填充量，并控制自耗电极的埋入深度，控 制了氧化物和气相氧的反应，减少氧的传递速度，进一步降低了 Ti和A1的烧损量，本发明还 通过在结晶器和底水箱中间设置石棉层，降低渣池的表面温度，更进一步辅助降低烧损量， 使制得的钢锭中合金成分合格，且头中尾部合金成分分布均匀。
[0020] 3、本发明使用的渣系中组分易于获得，方法中采用的装置为通用装置，方法参数 易于控制，更便于进行工业推广，具有良好的市场前景。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为 前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但 本发明的保护范围不限于以下的实施例。
[0022] 下述实施例中均控制所述自耗电极和电渣重熔炉结晶器的直径比为0.7~0.75:1; 自耗电极在渣池中的埋入深度与自耗电极的直径比为〇. 5~0.7:1;所述电渣重熔炉的结晶 器和底水箱间设置有石棉层。
[0023] 实施例1电渣重熔GH37合金 以GH37合金作为自耗电极，自耗电极坯尺寸为M50mm，结晶器尺寸为纟600mm。
[0024] 选用如下重量份组分的重熔精炼渣:CaF2 50份、Al2〇3 20份、CaO 15份、Ti02 10份 和MgO 5份。其中，CaF2、Al2〇3、CaO、Ti〇2和MgO中Si〇2的质量含量均彡1.0%。
[0025] 采用如下方法对GH37合金进行电渣重熔，包括如下步骤： 1) 将上述重熔精炼渣于800°C下保温烘烤10小时， 2) 以上述GH37合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，将脱氧剂和步骤1)烘烤好的重 熔精炼渣，加入到专门化渣炉内熔化，熔渣全部熔化完后倒入重熔炉内；其中，所述重熔精 炼渣的添加量为240kg(所述自耗电极重量的4%);所述化渣时加入脱氧剂的质量为3600g， 所述脱氧剂为钛铁粉和铝粉，所述钛铁粉加入质量为1350g，铝粉的加入质量为2250g; 3) 步骤2)熔渣全部熔化完倒入重熔炉内后，调节电压64V，电流11500A，在惰性气体氩 气保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，钛铁粉 和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.8:1000,所述钛铁粉和铝粉的质量比为1: 1，所述钛铁粉和铝粉加入的总量为4800g。所述氩气的流速控制为20 L/min，冶炼过程中所 述钛粉和铝粉按照9g/min的速度进行添加。
[0026] 自耗电极GH37合金钢标准[Al]%:1.8~2.3、[11]%:1.7~2.3。制得6吨重量的电渣 锭，对制得的电渣锭进行性能检测，结果如下表1所示，未重熔前自耗电极中A1的含量为2%， Ti的含量为2.1%，由表1可以看出获得的电渣钢锭A1的收得率为94%，偏差在5%以内，Ti的收 得率为98%，偏差在9%以内，钢锭头部、中部、尾部Al、Ti分布均匀。
[0027] 表1重熔后钢锭中Al、Ti质量含量分布(％)
实施例2 GH35合金电渣重熔 以GH35合金作为自耗电极，自耗电极坯尺寸为M90mm，结晶器尺寸为纟650mm。
[0028] 选用如下重量份组分的重熔精炼渣:CaF2 45份、Al2〇3 20份、CaO 20份、Ti02 8份和 MgO 7份。其中，CaF2、Al2〇3、CaO、Ti〇2和MgO中 Si〇2的质量含量均彡 1 · 0%。
[0029]采用如下方法对GH35合金进行电渣重熔，包括如下步骤： 1) 将上述重熔精炼渣于650°C下保温烘烤13小时， 2) 以上述GH35合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，将脱氧剂和步骤1)烘烤好的重 熔精炼渣，加入到专门化渣炉内熔化，熔渣全部熔化完后倒入重熔炉内；其中，所述重熔精 炼渣的添加量为260kg(所述自耗电极重量的4.3%);所述化渣时加入脱氧剂的质量为 3900g，所述脱氧剂为钛铁粉和铝粉，所述钛铁粉加入质量为1463g，铝粉的加入质量为 2427g; 3) 步骤2)熔渣全部熔化完倒入重熔炉内后，调节电压65V，电流10500A，在惰性气体氩 气保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛 铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.9: 1000,所述钛铁粉和铝粉加入的总量为5400g。所述氩气的流速控制为20 L/min，冶炼过程 中所述钛粉和铝粉按照llg/min的速度进行添加。
[0030] 自耗电极GH35合金钢标准[A1 ]%: 2 · 1~2 · 5、[Ti ]%: 2 · 0~2 · 8。制得6吨重量的电 渣锭，对制得的电渣锭进行性能检测，结果如下表2所示，未重熔前自耗电极中A1的质量含 量为2.50%，Ti的质量含量为2.30%，由表2可以看出获得的电渣钢锭A1的收得率为94%，偏差 在5%以内，Ti的收得率为98%，偏差在8%以内，钢锭头部、中部、尾部Al、Ti分布均匀。
[0031] 表2 GH35合金重熔后Al、Ti质量含量分布(％)
实施例3 GH500合金电渣重熔 以GH500合金作为自耗电极，自耗电极坯尺寸为纟525mm，结晶器尺寸为纟700mm。
[0032] 选用如下重量份组分的重熔精炼渣:CaF2 48份、Al2〇3 19份、CaO 18份、Ti02 9份 和MgO 6份。其中，CaF2、Al2〇3、CaO、Ti〇2和MgO中Si〇2的质量含量均彡1.0%。
[0033]采用如下方法对GH500合金进行电渣重熔，包括如下步骤： 1) 将上述重熔精炼渣于700°C下保温烘烤11小时， 2) 以上述GH500合金作为自耗电极，装配好电渣重熔炉。将脱氧剂和步骤1)烘烤好的重 熔精炼渣，加入到专门化渣炉内熔化，熔渣全部熔化完后倒入重熔炉内；其中，所述重熔精 炼渣的添加量为300kg(所述自耗电极重量的5%);所述化渣时加入脱氧剂的质量为4500g， 所述脱氧剂为钛铁粉和铝粉，所述钛铁粉加入质量为1687g，铝粉的加入质量为2813g; 3) 步骤2)熔渣全部熔化完倒入重熔炉内后，调节电压63V，电流12000A，在惰性气体氩 气保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛 铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.9: 1000,所述钛铁粉和铝粉加入的总量为5400g。所述氩气的流速控制为20 L/min，冶炼过程 中所述钛粉和铝粉按照llg/min的速度进行添加。
[0034] 自耗电极GH500合金钢[A1 ]%: 2 · 75~3 · 25、[Ti ]%: 2 · 75~3 · 25。制得6吨重量的电 渣锭，对制得的电渣锭进行性能检测，结果如下表3所示，未重熔前自耗电极中A1的质量含 量为3.0%，Ti的质量含量为2.95%，由表3可以看出获得的电渣钢锭A1的收得率为97%，偏差 在4%以内，Ti的收得率为98%，偏差在6%以内，钢锭头部、中部、尾部Al、Ti分布均匀。
[0035] 表3 GH500合金重熔后Al、Ti质量含量分布(％)
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实 施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种重熔精炼渣，其特征在于，包括如下重量份的组分:CaF2 45~50份、Al2O3 15~20 份、CaO 15~20份、TiO2 8~10份和MgO 5~7份。2. 根据权利要求1所述重熔精炼渣，其特征在于，包括如下重量份的组分：CaF2 50份、 Al2O3 20份、CaO 15份、TiO2 10份和MgO 5份。3. 根据权利要求1所述重熔精炼渣，其特征在于，各组分中SiO2的质量含量均< 1.0%。4. 采用权利要求1~3任一所述重熔精炼渣对高Al高Ti合金钢的电渣重熔方法，其特征 在于，包括如下步骤： 1) 将权利要求1~3任一所述重熔精炼渣于650~800 °C下保温烘烤9~13小时； 2) 以高Al高Ti合金钢作为自耗电极，将脱氧剂和步骤1)烘烤好的重熔精炼渣加入到化 渣炉内熔化，其中，所述重熔精炼渣的添加量为所述自耗电极重量的4~5%;所述脱氧剂为质 量比1~3:2~4的钛铁粉和铝粉，所述脱氧剂总添加量和重熔精炼渣的质量比为12~17:1000; 所述高Al高Ti合金钢为Al质量含量为1.7~3.5%、Ti质量含量为1.7~3.5%的合金钢； 3) 将步骤2)熔化完全的脱氧剂和重熔精炼渣倒入电渣重熔炉内，装配好电渣重熔炉， 调节电压60~65V、电流9500~15000A，在惰性气体保护下对所述自耗电极进行重熔冶炼;其 中，冶炼过程中加入钛铁粉和铝粉进行脱氧，所述钛铁粉和铝粉的质量比为1:1，钛铁粉和 铝粉的总添加量与所述自耗电极的质量比为0.6~1.0:1000。5. 根据权利要求4所述电渣重熔方法，其特征在于，控制所述自耗电极和电渣重熔炉结 晶器的直径比为0.7~0.75:1。6. 根据权利要求4所述电渣重熔方法，其特征在于，步骤3 )中所述惰性气体为氩气，流 速为 15~20 L/min。7. 根据权利要求4所述电渣重熔方法，其特征在于，步骤3)冶炼过程中所述钛粉和铝粉 均按照7~12g/min的速度进行添加。8. 根据权利要求4所述电渣重熔方法，其特征在于，所述自耗电极在渣池中的埋入深度 与自耗电极的直径比为〇. 5~0.7:1。9. 根据权利要求4所述电渣重熔方法，其特征在于，所述电渣重熔炉的结晶器和底水箱 间设置有石棉层。10. 根据权利要求4所述电渣重熔方法，其特征在于，所述高Al高Ti合金钢为GH37合金 钢、GH35合金钢或GH500合金钢。
【文档编号】C22B9/18GK105950882SQ201610426088
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】秦洪伟
【申请人】重庆钢铁(集团)有限责任公司