本发明属于黑金属材料电冶金技术领域，涉及电冶金技术领域，具体涉及一种含钛钢电渣重熔中应用返回渣保钛的方法。
背景技术：
钛属于极易烧损的活泼元素，因此如何保证电渣重熔钢锭Ti的收得一直是冶炼工作者很重视的课题。由于CaF2、Al2O3等渣系组元中含有SiO2、FeO等氧化物，如果渣料中有较多的不稳定氧化物，就很难避免钢中这些易氧化元素的烧损，或者造成沿重熔钢锭的高度成份分布不均，使钢锭的头、中、尾部成份波动比较大，严重时化学成分超出成分标准而报废。传统的电渣保钛是在冶炼过程中全程吹氩气，再向渣池中加入Al粉或是TiO2等脱氧粉末，而大量的脱氧粉末料的加入会使渣料的成分发生变化，会增加钢锭中的硅、锰等含量，导致成分不合格，脱氧剂的大量加入还会使钢种的夹杂物增多，影响钢的性能。另外近年来对钢锭气体含量的要求越来越高，新渣系中的水分不容易彻底烘烤去除，容易造成钢锭气体含量不合格，造成一定的不良影响。
技术实现要素：
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：如何提供一种含钛钢电渣重熔中应用返回渣保钛的方法，使制得的含钛钢保钛效果好、钛含量均匀分布，能够具有良好可靠的性能。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种含钛钢电渣重熔中应用返回渣保钛的方法，采用电渣重熔工艺，以含钛钢作为自耗电极，采用返回渣和新重熔渣作为电渣，所述返回渣为对含钛钢进行电渣重熔后的回收电渣，在重熔过程中抑制含钛钢中的钛元素与电渣中的TiO2反应而被烧损，达到保钛目的。本发明通过研究发现含钛钢中[Ti]的烧损的过程为：钢-渣界面反应：渣-气界面反应：上式中：[]为含钛钢中成分，()为渣中成分，{}为气相中成分。从上式(1)(2)可知Ti是变价氧化物，由于高价氧化物TiO2和金属高价Ti反应，产生低价的氧化物Ti3O5；并且低价氧化物与气相氧反应，气相间接的不断通过渣池供氧，又生成高价氧化物，再返回到钢-渣界面与合金中[Ti]反应，如此反复使得合金中[Ti]不断地烧损，这样的反应实质就是TiO2是Ti氧化的供氧者。本发明与现有技术中保钛方法最本质的区别在于：本发明在含钛钢的电渣重熔过程中不加入脱氧粉末材料，而是根据合金中Ti烧损的反应原理，在得出TiO2是Ti氧化的供氧者的基础上，一方面在新重熔渣只加入3～6份TiO2，在冶炼过程中避免加入TiO2，另一方面使用返回渣和新重熔渣混合作为电渣，返回渣中不稳定的氧化物被还原而含量减少，使钛元素在返回渣中以合适的状态存在，Ti3O5含量趋于饱和，通过这两方面的协同配伍作用很好地抑制了Ti元素烧损；且返回渣还提高了精炼渣系的纯度，有利于降低钢种的气体含量，有利于防止Ti元素的进一步烧损。进一步，所述新重熔渣包括如下重量份的组分：20～30份CaF2、30～40份Al2O3、20～30份CaO、3～6份MgO和3～6份TiO2。选用这样全新配比的重熔渣，有较低的熔点和黏度，较高的渣温和良好的流动性，能降低渣的透气性，提高脱氧去气能力。进一步，所述返回渣为采用所述新重熔渣作为电渣对含钛钢进行电渣重熔后的回收电渣。选用这样的返回渣，可以使电渣中的TiO2含量更少，进一步抑制含钛钢中钛元素烧损。进一步，所述返回渣和新重熔渣的重量和为：G_渣＝π/4×D^2×H_渣×γ_渣，其中D为结晶器的直径，H为熔渣的深度(一般取1/2～1/3倍结晶器直径)，γ为熔渣液态熔点温度下的比重。所述电渣的总重量份数为100份，其中，返回渣占60～80份，全新重熔渣占20～40份。运用返回渣中的Ti3O5含量已趋于饱和这一特点，使用60～80份的返回渣再次重熔使用时，能有效抑制含钛钢中钛元素烧损，达到保钛目的。进一步，上述制备方法具体包括如下步骤：1)渣料准备：将所述返回渣破碎并于300～400℃烘烤2～3小时，将所述新重熔渣于600～700℃烘烤7～9小时；2)起弧造渣：以含钛钢作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，通电起弧，向所述电渣重熔炉的结晶器中先加入新重熔渣，并向新重熔渣中加入铝粉和钛铁粉进行预脱氧，待所述新重熔渣、铝粉和钛铁粉熔化后再加入返回渣，建立渣池；其中，所述铝粉、钛铁粉和新重熔渣的质量比为2～3:1～2:100；3)熔炼：步骤2)所述新重熔渣和返回渣完全熔化后，调节电流6700～7000A、电压50～53V进行自耗电极的熔炼，熔炼过程中通入惰性保护气体，流速3～5L/min。具体制备时，分别对返回渣和新重熔渣进行保温烘烤，使渣的水分充分去除，返回渣不易吸水，降低了钢种中的气体含量，使得到的含钛钢锭中气体含量少，具有更优良的性能；起弧造渣时先加入新重熔渣让各组份先建立起动态平衡，因为返回渣已重熔过，各组份已建立起平衡的共晶组元，所以返回渣后加。自耗电极在起弧时，在新重熔渣中加入新重熔渣重的2～3％的铝粉，加入新重熔渣重1～2％的钛铁粉进行预脱氧，可以减少渣系中的含氧量，抑制气化脱钛反应，有利于防止钛元素在起弧阶段的烧损。进一步，上述方法还包括步骤4)填充补缩：步骤3)自耗电极熔炼完成后，采用分级小电流法对得到的含钛钢锭进行补缩，先于4000～4300A下补缩4～6分钟，再于2500～2800A下补缩2～4分钟，最后于1000～1200A下补缩1～2分钟。这样可以使钢锭实现丰满的补缩效果，提高钢锭的致密度，避免产生内部组织疏松的情况。进一步，步骤1)中将返回渣破碎至粒度≤5mm。这样，一是返小于5mm颗粒的返回渣加入方便，熔化较快；二是不会对引起渣池的波动。进一步，所述惰性气体为氩气。采用氩气作为惰性气体具有更好的保护作用，能将电渣重熔炉中的空气更大限度地排出，避免重熔过程中合金钢与空气接触，有效避免了合金钢的氧化，且氩气价格比较低廉，经济性能更好。进一步，所述含钛钢为0Cr18Ni10Ti合金钢。本发明对0Cr18Ni10Ti合金钢抑制钛元素烧损的效果更好。进一步，所述结晶器的护底板与含钛钢钢种相同。这样，得到的钢锭表面不会覆有其它合金或金属，制得的钢锭纯度更高。相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、本发明方法与现有技术保钛方法最本质的区别在于：在冶炼过程中不加入脱氧粉末材料，而采用新重熔渣和返回渣混合作为电渣重熔时的电渣，对于含钛钢特别是钛含量较高的钢种及合金时，由于返回渣在经过一次重熔的提纯精炼后，渣中不稳定的氧化物被还原而含量减少，同时易氧化Ti元素的氧化物Ti3O5含量在渣中增加趋于饱和，故能很好地抑制含钛钢中钛元素被烧损；且返回渣还提高了精炼渣系的纯度，有利于降低含钛钢中的气体含量，有利于防止钛元素的进一步烧损。2、本发明方法使用返回渣作为部分渣料，由于返回渣不易吸水，更是降低了钢种中的气体含量，使得到的含钛钢锭中气体含量少，具有更优良的性能。3、采用本发明方法对含钛钢进行电渣重熔时，保钛率控制在63％以上，保钛效果好，得到的钢锭中钛含量波动范围控制在1％之内，钛分布均匀，能较好地控制钛烧损引起的杂质物含量在合理范围内。4、本发明方法利用了返回渣作为电渣，节约了渣料资源，降低了生产成本，回收渣使用还减少了熔炼过程中产生的粉尘污染，提高了设备的使用寿命，具有环保、可持续发展的优点。具体实施方式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。下述实施例中均使用0Cr18Ni10Ti含钛合金钢作为自耗电极，Ti含量为0.65％，C含量为0.08％，标准要求成品Ti≥5×C％，即Ti≥0.4％。实施例1一种含钛钢电渣重熔中应用返回渣保钛的方法，包括如下步骤：(1)电极准备：采用感应炉冶炼0Cr18Ni10Ti浇注∮180mm电极棒，采用水冷铜结晶器，结晶器直径为∮320mm。(2)渣料准备：新重熔渣包括如下重量份的组分：25份CaF2、35份Al2O3、30份CaO、4份MgO和6份TiO2，将新重熔渣于600～700℃烘烤9小时；将返回渣破碎至粒度≤5mm，经300～400℃烘烤2小时；返回渣为采用所述新重熔渣作为电渣对含钛钢进行电渣重熔后的回收电渣。(3)起弧造渣：以含钛钢0Cr18Ni10Ti作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，电渣重熔炉结晶器的护底板不锈钢0Cr18Ni10Ti材料，采用通电起弧，向所述电渣重熔炉的结晶器中先加入新重熔渣，在起弧时向新重熔渣中加入230g铝粉和140g钛铁粉进行预脱氧，待所述新重熔渣、铝粉和钛铁粉熔化后加入返回渣，建立渣池；所述返回渣和新重熔渣的总重量为30公斤，其中返回渣为总重量的70份即21公斤，新重熔渣为总重量的30份即9公斤。(4)正常熔炼：步骤(3)新重熔渣和返回渣完全熔化后，调节电流6700～7000A、电压50～53V进行自耗电极的熔炼，熔炼过程中通入氩气流速3L/min。(5)填充补缩：步骤(4)自耗电极熔炼完成后，采用分级小电流法对得到的含钛钢锭进行补缩，先于4000A下补缩4分钟，再于2500A下补缩3分钟，最后于1000A下补缩2分钟。对制得的钢锭进行含钛量检测，结果如下表1所示，由表1可以看出采用本发明方法电渣重熔得到的含钛钢钛含量全部合格，本实施例保钛率达到了64％以上，并且钛偏差在1％以内。表1实施例1含钛量检测结果1#Ti％2#Ti％锭头0.425锭头0.427锭身0.421锭身0.423锭尾0.416锭尾0.417实施例2一种含钛钢电渣重熔中应用返回渣保钛的方法，包括如下步骤：(1)电极准备：采用感应炉冶炼0Cr18Ni10Ti浇注∮180mm电极棒，采用水冷铜结晶器，结晶器直径为∮320mm。(2)渣料准备：新重熔渣包括如下重量份的组分：30份CaF2、40份Al2O3、20份CaO、5份MgO和5份TiO2，将新重熔渣于600～700℃烘烤7小时；将返回渣破碎至粒度≤5mm，经300～400℃烘烤2小时；返回渣为采用所述新重熔渣作为电渣对含钛钢进行电渣重熔后的回收电渣。(3)起弧造渣：以含钛钢0Cr18Ni10Ti作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，电渣重熔炉结晶器的护底板不锈钢0Cr18Ni10Ti材料，采用通电起弧，向所述电渣重熔炉的结晶器中先加入新重熔渣，并向新重熔渣中加入150g铝粉和90g钛铁粉进行预脱氧，待所述新重熔渣、铝粉和钛铁粉熔化后加入返回渣，建立渣池；所述返回渣和新重熔渣的总重量为30公斤，其中返回渣为总重量的80份，即24公斤，新重熔渣为总重量的20份，即6公斤。(4)正常熔炼：步骤(3)新重熔渣和返回渣完全熔化后，调节电流6700～7000A、电压50～53V进行自耗电极的熔炼，熔炼过程中通入氩气流速3L/min。(5)填充补缩：步骤(4)自耗电极熔炼完成后，采用分级小电流法对得到的含钛钢锭进行补缩，先于4000A下补缩4分钟，再于2500A下补缩3分钟，最后于1000A下补缩2分钟。对制得的钢锭进行含钛量检测，结果如下表2所示，由表2可以看出采用本发明方法电渣重熔得到的含钛钢钛含量全部合格，本实施例保钛率达到了63％以上，并且钛偏差在1％以内。表2实施例2含钛量检测结果1#Ti％2#Ti％锭头0.423锭头0.425锭身0.420锭身0.422锭尾0.413锭尾0.416实施例3(1)电极准备：采用感应炉冶炼0Cr18Ni10Ti浇注∮180mm电极棒，采用水冷铜结晶器，结晶器直径为∮320mm。(2)渣料准备：新重熔渣包括如下重量份的组分：23份CaF2、40份Al2O3、25份CaO、3份MgO和6份TiO2，将新重熔渣于600～700℃烘烤8小时；将返回渣破碎至粒度≤5mm，经300～400℃烘烤2小时；返回渣为采用所述新重熔渣作为电渣对含钛钢进行电渣重熔后的回收电渣。(3)起弧造渣：以含钛钢0Cr18Ni10Ti作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，电渣重熔炉结晶器的护底板不锈钢0Cr18Ni10Ti材料，采用通电起弧，向所述电渣重熔炉的结晶器中先加入新重熔渣，并向新重熔渣中加入290g铝粉和180g钛铁粉进行预脱氧，待所述新重熔渣、铝粉和钛铁粉熔化后加入返回渣，建立渣池；所述返回渣和新重熔渣的总重量为30公斤，其中返回渣为总重量的60份，即18公斤，新重熔渣为总重量的40份，即12公斤。(4)正常熔炼：步骤(3)新重熔渣和返回渣完全熔化后，调节电流6700～7000A、电压50～53V进行自耗电极的熔炼，，熔炼过程中通入氩气流速3L/min。(5)填充补缩：步骤(4)自耗电极熔炼完成后，采用分级小电流法对得到的含钛钢锭进行补缩，先于4000A下补缩4分钟，再于2500A下补缩3分钟，最后于1000A下补缩2分钟。对制得的钢锭进行含钛量检测，结果如下表3所示，由表3可以看出采用本发明方法电渣重熔得到的含钛钢钛含量全部合格，本实施例保钛率达到了63％以上，并且钛偏差在1％以内。表3实施例3含钛量检测结果1#Ti％2#Ti％锭头0.426锭头0.425锭身0.422锭身0.421锭尾0.419锭尾0.416实施例4本发明返回渣使用次数≤3次为宜，当返回渣使用次数超过3次以上时，含钛钢的钛含量出现不合格情况，具体情况见表4所示。表4返回渣使用次数不同对钛含量的影响次数锭头锭身锭尾10.4140.4230.42520.4210.4220.42130.4160.4200.42440.3920.4020.40950.4110.3970.406对比例1与实施例1不同之处仅在于，所述返回渣和新重熔渣的总重量份数为100份，其中返回渣＜20份，其余为新重熔渣。对制得的钢锭进行含钛量检测，结果如下表5所示，由表5可以看出采用对比例方法电渣重熔得到的含钛钢钛含量出现有不合格(Ti≥0.4％为合格)，且同支钢锭最大钛偏差为4.9％。表5对比例1含钛量检测结果1#Ti％2#Ti％锭头0.426锭头0.435锭身0.399锭身0.411锭尾0.377锭尾0.392对比例2与实施例1不同之处仅在于，所述返回渣和新重熔渣的总重量份数为100份，其中返回渣＞40份，其余为新重熔渣。对制得的钢锭进行含钛量检测，结果如下表6所示，由表6可以看出采用对比例方法电渣重熔得到的含钛钢钛含量出现有不合格的(Ti≥0.4％为合格)，且同支钢锭最大钛偏差为3.4％。表6对比例2含钛量检测结果1#Ti％2#Ti％锭头0.418锭头0.427锭身0.401锭身0.393锭尾0.385锭尾0.402由对比例可以看出，当使用的返回渣含量过多或过少时，钛的含量都会出现有不合格的，且钛含量分布不均匀；只有当采用本发明返回渣占60～80份，余量为新重熔渣时才能得到钛含量合格，钛分布均匀的含钛钢锭，由此可见本发明方法取得了优异的技术效果。由对比例可以看出，当使用的返回渣使用次数在3次以内，钛的含量都会出现有不合格的，且钛含量分布不均匀；只有当返回渣的使用次数在3次以内时才能得到钛含量合格，钛分布均匀的含钛钢锭，由此可见本发明方法取得了优异的技术效果。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。