本发明涉及电渣重熔渣技术领域，尤其是关于一种电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系、制备方法和使用方法。
背景技术：
为了减少环境污染，需要大力提高火力发电效率。而机组的热效率主要取决于机组的蒸汽参数，即蒸汽的温度和压力。当蒸汽温度从600℃提高到630℃时，co2的排放量将减少8％-10％，热效率提高到45％-50％。因此发展超超临界火电机组具有高效、节能和环保的优势。
目前9％-12％cr耐热钢具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀的性能，良好的疲劳性能、断裂韧性和高温蠕变强度等综合力学性能，已经成为超超临界火力发电设备不可替代的关键材料。欧洲cost项目研究，在9％-12％cr耐热钢中添加0.01％左右的b能够显著提高钢种的高温蠕变性能，延长材料的使用寿命。而钢中的b作为一种主要的强化元素，在原奥氏体晶界，板条界富集，与析出的m23c6碳化物形成m23(c,b)6碳化物，在高温长时服役条件下，阻止碳化物的长大和粗化，起到晶界强化的作用，提高材料的高温蠕变性能。而钢中b含量过多(≥0.011)，则易形成bn及fe-b化合物，对钢的综合性能不利。
目前奥地利的伯乐公司生产含b的cost-fb2钢的流程为eaf-lf-vd-vcd；eaf-lf-vod-vcd；eaf-vod-vcd工艺然后采用底注法进行浇注，其具有流程长等缺点。
意大利sdf公司采用lf和vd生产fb2钢，但也存在铸锭的重量较小，后期处理比较复杂的缺点。日本在2013年之前采用常规流程生产含b型9cr耐热钢，发现在60t以上的铸锭生产中存在严重的元素偏析情况，从2013年开始使用电渣重熔技术进行生产，而韩国则从开始冶炼含b型9cr耐热钢时，即采用了电渣重熔生产。为了提高产品的合格率和铸锭的质量，越来越多的钢厂开始采用电渣重熔进行冶炼，但是钢中的b作为一种易氧化元素，其在重熔过程中容易发生烧损从而导致沿铸锭高度b的分布不均匀。为了改善这种情况，需要开发出一种能够控制钢中b元素烧损的电渣重熔渣系。
在电渣重熔过程中，渣对铸锭的表面质量和内部质量等均具有重要的影响，渣选择不当会导致铸锭表面出现渣沟等缺陷，同时铸锭的内部质量也会受到影响。一般来说，在设计电渣重熔渣系时，渣系的熔点应比合金熔点低(约100～200℃)，从而保证铸锭成型；渣系在高温段，应具有较小的黏度，渣系的黏度对温度的变化小，保证熔渣有较好的流动性。目前，行业内鲜有关于含b耐热钢的电渣重熔用渣的技术报道。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种适于生产含b型9cr耐热钢电渣重熔用渣系，该渣系可有效控制钢中b含量在电渣重熔过程中的稳定，并可使b含量沿铸锭高度方向分布均匀。同时，本发明提供的渣系的熔点、黏度等物性参数均满足电渣重熔冶炼含b型9cr耐热钢的要求。本发明包括所述渣系的制备方法和使用方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一方面，本发明提供一种电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系，其包含：按质量百分比计的caf2：50-60％，al2o3：15％-25％，cao：15％-25％，mgo：3％-8％，b2o3：0.5％-3％,余量为杂质，杂质含量≤1％，前述各项之和为100％；所述杂质中包含不稳定氧化物sio2，不稳定氧化物sio2含量占渣系的0.8％以下。
优选地，不稳定氧化物sio2含量占渣系质量的0.6-0.7％。
根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系的熔点为1280-1400℃；优选为1300-1350℃。
根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系在1600℃时，黏度为0.002-0.009pa·s；优选为0.004-0.008pa.s。
根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系包含：按质量百分比计的caf2：54.2％，al2o3：22％，cao：19％，mgo：3％，b2o3：1％，杂质0.8％；杂质中不稳定氧化物sio2含量占渣系质量的0.6％。
根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系包含：按质量百分比计的caf2：60％，al2o3：17％，cao：16.2％，mgo：3％，b2o3：3％，杂质0.8％；杂质中不稳定氧化物sio2含量占渣系质量的0.7％。
另一方面，本发明还提供一种电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系的制备方法，其包含：
s1:对萤石进行精炼，从而降低萤石中的sio2等不稳定氧化物杂质的含量，使萤石中的sio2含量≤1％；
s2:采用精炼后的萤石进行配料，将各组分混合搅拌均匀，配制得到如下质量百分比组分的渣系：caf2：50-60％，al2o3：15％-25％，cao：15％-25％，mgo：3％-8％，b2o3：0.5％-3％，杂质含量≤1％，前述各项总计100％；杂质中含不稳定氧化物sio2，其含量占渣系总质量≤0.8％。
再一方面，本发明提供了一种电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系的使用方法，用于电渣重熔生产含b型9cr耐热钢，所述方法包括：
步骤1：将上述任一实施例所述的渣系放入烘烤炉内加热至600℃-800℃，保温烘烤4-6h后备用；通过本步骤，可有效地去除渣系中的游离水，以保证电渣重熔过程的顺行，以及减少电渣锭中的h含量；
步骤2：将保温烘烤好的渣系均匀加入到电渣炉结晶器中，并通入氩气进行保护熔炼；
步骤3：渣系熔化后，全程采用氩气保护电渣重熔含b钢，熔速由以下公式确定：
v＝(0.7～0.8)d
其中，v表示熔速，单位为kg/h；d表示电渣炉结晶器直径，单位为mm；
步骤4：电渣重熔结束后冷却出模，模冷时间不小于1小时，避免冷却过快产生表面裂纹。
优选地，步骤1中，加热至700℃，保温烘烤时间为5-6h。
优选地，所述含b耐热钢为cost-fb2钢或cb2钢。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
(1)本发明的电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系，通过优化渣系成分，可有效抑制b的烧损，可有效控制钢中b含量在电渣重熔过程中的稳定，提高b含量沿铸锭高度方向分布的均匀性，不仅保证了合金组织性的均匀性，有利于节约资源和降低成本；同时，渣系较低的熔点使电渣锭易于凝固成型，使有效减少或者消除电渣锭的表面缺陷。
试验证明，本发明提供的渣系的熔点、黏度等物性参数均满足电渣重熔冶炼含b型9cr钢的要求。
(2)本发明的电渣重熔含b型9cr钢用渣系以萤石caf2为基材，其含量为50％-60％，有利于降低熔渣的熔点以保证铸锭成型，也有利于降低渣在高温段的黏度和表面张力，以保证渣金接触良好，能够充分反应。渣系中加入15％-25％的al2o3，可以提高渣的电阻率、提高渣温、提高生产效率和降低能耗。渣系中加入15％-25％cao，可以提高渣的光学碱度，从获得良好的电渣重熔脱硫效果,有效减少钢中有害元素s、p含量。渣系中加入3％-8％的mgo，使液渣表面形成一层膜，降低液渣氧氮的渗透率，mgo加入渣中会使渣系的黏度和熔点升高。因此其加入量需限制在3％-8％；渣系中加入0.5％-3％的b2o3，可以防止或减少钢中的b的烧损，获得更优异高温蠕变性能的耐热钢。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系，可用于生产电渣重熔含b型9cr耐热钢，所述渣系包含：按质量百分比计的caf2：50-60％，al2o3：15％-25％，cao：15％-25％，mgo：3％-8％，b2o3：0.5％-3％,余量为杂质，杂质含量≤1％，前述各项之和为100％；所述杂质中包含不稳定氧化物sio2，不稳定氧化物sio2含量占整个渣系的0.8％以下。
进一步地，本发明的电渣重熔含b钢用渣系以萤石caf2为基材，其含量为50％-60％，以利于降低熔渣熔点、黏度和表面张力等；为了增加渣电阻率，提高渣温，向渣中加入15％-25％的al2o3；为了获得良好的电渣重熔脱硫效果，需要提高渣的光学碱度，因此向渣中加入15％-25％cao；同时还要加入3％-8％的mgo，降低渣的电导率及熔渣的界面张力；同时为了防止钢中b烧损，需要在渣系中加入0.5％-3％的b2o3。
本发明的电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系，其设计思路为：
以目前主流的氟化钙为基材设计电渣重熔用渣系，属于含氟渣系，在渣系中氟化钙含量为50-60％。渣系中的al2o3能够提高渣系的电阻率，cao提高渣的光学碱度，al2o3和cao含量优选确定为15％-25％。
根据caf2-cao-al2o3三元渣系的相图可知：在wt％(cao)/wt％(al2o3)在0.95-1.2之间时，渣系的熔点较低。
mgo的主要作用使在液渣表面形成一层渣膜，降低液渣的气体渗透率。mgo加入渣中会使渣系的黏度和熔点升高，因此其加入量需限制为3％-8％。
而在设计电渣重熔用渣系时，经理论分析和实际的研究结果表明，当电渣重熔含b钢时，由于合金中含有b、si和al等易氧化元素，在渣金界面处，渣中的氧化物sio2和al2o3可能和钢中的b发生反应，即：
4[b]+2(al2o3)＝4[al]+2(b2o3)
4[b]+3(sio2)＝2(b2o3)+3[si]
3[si]+2(al2o3)＝3(sio2)+4[al]
4[b]+3(feo)＝2(b2o3)+3[fe]
上述反应会导致钢中的b烧损，沿铸锭高度方向分布不均匀。
为了抑制合金中b的烧损，除了采用惰性保护气体进行电渣重熔含b钢，还可以进行渣系成分的调整和优化，从而达到减少钢中的b的烧损的目的。向渣系中加入0.5％～3％的b2o3，能够控制上述化学平衡反应的移动方向和速率，从而抑制钢中b的烧损。
以下为利用本发明电渣重熔含b型9cr耐热钢用渣系的具体实施例，通过具体实施例对本发明的方案、优点和技术效果更进一步了解。
实施例1
本实施例的电渣重熔含b型9cr耐热合金用渣系的化学成分的质量百分比为：caf2：54.2％，al2o3：22％，cao：19％，mgo：3％，b2o3：1％，杂质0.8％；杂质中不稳定氧化物sio2含量占渣系0.6％。
该渣系的熔化温度为1338℃，在1600℃温度时，该渣系的黏度为0.004pa.s。
利用上述渣系进行电渣重熔，重熔合金种类为cost-fb2钢，其成分见表1。该合金的熔点为1498℃。
表1fb2钢的成分要求(质量分数/％)
电渣重熔cost-fb2钢的所用电极中b的含量为0.01％，si的含量为0.05％，al的含量为0.0035％。结晶器直径为350mm，渣料质量为36kg。
电渣重熔cost-fb2钢的工艺过程如下：
(1)对萤石进行精炼，精炼后的萤石中sio2的含量为0.68％；
(2)按照前述设定的渣料成分进行配料；即配料后得到渣料组分为：caf2：54.2％，al2o3：22％，cao：19％，mgo：3％，b2o3：1％，杂质0.8％，杂质中不稳定氧化物sio2含量占渣系0.6％。
(3)将配好的渣料放入烘烤炉内加热到700℃，保温烘烤时间为6h。
(4)利用加料器将渣料均匀加入到结晶器中，并通入氩气进行保护熔炼，氩气流量为6nl/min，化渣电压为38v。电流为6500a。
(5)渣料熔化后，全称采用氩气保护电渣重熔cost-fb2高温合金。并通入氩气进行保护熔炼，氩气流量为8nl/min，化渣电压为42v，电流为7600a，熔速为260kg/h。
(6)电渣锭重熔结束后冷却出模，模冷时间为1.5h，避免冷却过快产生的表面裂纹。
对cost-fb2高温合金的锭身不同位置的b含量进行化学成分分析，结果如表2所示，可见钢中的b沿锭身不同分之分布比较均匀，其值均在目标范围内。
表2cost-fb2合金钢铸锭身不同位置的b的含量
从表中可以看出，钢中的易氧化元素b含量在上下限范围内，满足该钢种对b含量的要求，而且沿铸锭高度方向分布均匀。同时该铸锭的表面质量合格，没有出现渣沟等缺陷。
实施例2
本实施例的电渣重熔含b型9cr耐热合金用渣系的化学成分的质量百分比为：caf2：60％，al2o3：17％，cao：16.2％，mgo：3％，b2o3：3％，杂质0.8％；杂质中不稳定氧化物sio2含量占渣系0.7％。
该渣系的熔化温度为1305℃。在1600℃温度时，该渣系的黏度为0.005pa.s。
利用上述渣系进行电渣重熔，重熔合金种类为cb2钢，其成分见表3。该合金的熔点为1489℃。
表3cb2钢的成分要求(质量分数/％)
电渣重熔cb2钢的所用电极中b的含量为0.009％。结晶器直径为280mm，渣料质量为23kg。电渣重熔cb2钢的工艺过程如下：
(1)对萤石进行精炼，精炼后的萤石中sio2的含量为0.7％。
(2)按照前述设定的渣料成分进行配料；即配料后得到渣料组分为：caf2：60％，al2o3：17％，cao：16.2％，mgo：3％，b2o3：3％，杂质0.8％；杂质中不稳定氧化物sio2含量占渣系0.7％。
(3)将配好的渣料放入烘烤炉内加热到700℃，保温烘烤时间为6h。
(4)利用加料器将渣料均匀加入到结晶器中，并通入氩气进行保护熔炼，氩气流量为7nl/min，化渣电压为40v。电流为6700a。
(5)渣料熔化后，全称采用氩气保护电渣重熔cb2高温合金，并通入氩气进行保护熔炼，氩气流量为8nl/min，化渣电压为41v，电流为7300a，熔速为210kg/h。
(6)电渣锭重熔结束后冷却出模，模冷时间为1.5h，避免冷却过快产生的表面裂纹。
对cb2高温合金的锭身不同位置的b含量进行化学成分分析，结果如表4所示，可见钢中的b沿锭身不同分之分布比较均匀，其值均在目标范围内。
表4cb2合金钢铸锭身不同位置的b的含量
从表中可以看出，钢中的易氧化元素b含量在上下限范围内，满足该钢种对b含量的要求，而且沿铸锭高度方向分布均匀。同时该铸锭的表面质量合格，没有出现渣沟等缺陷。
由以上实施例可证明，本发明的电渣重熔含b耐热钢用渣系，主要是通过优化渣系成分，有效抑制b的烧损，提高b沿铸锭高度方向分布的均匀性，保证合金组织性的均匀性，还有利于节约资源和降低成本；同时，渣系较低的熔点使电渣锭易于凝固成型，有效减少或者消除电渣锭的表面缺陷。