专利名称：控制低铝的电渣重熔技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属电渣重熔的一般方法，是一种电渣重熔法炼钢的工艺技术，该技术通过规定的渣系并辅之以适当的脱氧制度用以获得电渣重熔法生产高级优质金属材料时的低铝含量(指Al≤0.010%)铝对蠕变强度和断裂韧性的不良影响，使汽轮机转子钢、炮钢、热强钢和高温合金等对铝含量有严格限制，一般不允许超过0.010%。铝作为金属材料中的一种残余元素，其含量都超过0.010%，大多在0.050%左右。采用一般的电渣重熔技术，当自耗电极中的残余铝较低，尤其是低于0.010%时，重熔过程中即使不加入含铝脱氧剂，由于熔渣中至少含有10%的铝，金属熔池也发生增铝，就是在硅、锰等活性元素大量氧化的情况下也如此;当自耗电极中的铝较高时，重熔过程中又不能将其降到0.010%以下，即使提高渣中FeO含量，铝也不易氧化降低，倒是硅、锰等合金元素的严重烧损以致脱格，氧含量上升，脱硫率下降，导致重熔金属的冶金质量不良。
经检索国外专利及文献资料，查阅到两个涉及低铝控制的电渣重熔专利，一个是法国专利FR2460334，一个是美国专利US4184869。前者是在采用60∶20∶20渣系重熔时，用一种或几种碱土金属如Ca、Mg、Ba等使熔渣脱氧，以获得重熔金属中的铝在0.010%以下。但由于碱土金属比重轻、沸点低，用以脱氧保证其可靠性和有效率在实施过程中有相当难度;碱土金属活泼，极易氧化燃烧，不但保管困难，而且使用时须事先用金属箔将其包好通过输送装置加入渣中，操作比较复杂;碱土金属使用前不但难以包裹，包裹过程中及保管过程中损耗浪费都较大，加之脱氧的有效率难以保证很高，这样，碱土金属的消耗量较大，而碱土金属价格昂贵，这就很不经济。后者即美国专利4184869是用酸性渣并加入不含铝的渣脱氧剂使钢锭中的吸氢和增铝减少到最低程度。该专利的酸性渣组成比较复杂，实施控制有一定难度;该专利的渣料主要由CaF2、Al2O3和高达10%的MnO和SiO2混合物组成，CaF2与Al2O3之间的比例为古老的70∶30，即为2.33∶1，众所周知，70∶30渣系熔点较高，尽管加入了大量的SiO2和MnO，但渣的熔点仍高达1484℃左右，这显然对重熔精炼和工艺操作是不利的;造渣时渣料分两部分加入，在重熔开始时只许加入一部分，即SiO2和MnO，使先加的部分熔化后再补加第二部分渣料，即CaF2和Al2O3。因此，造渣启动过程也比较复杂;由于加入了大量的SiO2和MnO，渣的氧化性强，重熔过程中必须进行脱氧;脱氧剂必须是不含铝的脱氧剂;而且脱氧剂消耗量很大;大量的脱氧生成物在渣中积累将导致渣成分的急剧变化;电渣重熔是充分利用熔渣特性的冶金技术，渣成分的剧烈变化，必将引起熔渣的冶金性质和工艺性质随之发生很大变化，于是，电渣锭的表面质量、成分控制和内部洁净度以及抽锭都会受到严重的不良影响;特别是，酸性渣使电渣重熔极强的脱硫优势丧失，这是很可惜的事。该专利只涉及防止重熔增铝，而未涉及重熔降铝，这就对自耗电极中的铝有严格限制，即不能使用铝含量高于0.010%的自耗电极，而生产铝含量不高于0.010%的自耗电极相当复杂和困难。因此该专利在应用上有一定局限性。
本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺点而提供一种简便可靠、经济有效、适用广泛，既能控制低铝，又能同时获得低氧、低硫、低氢的电渣重熔技术。
本发明的特征是通过规定的渣系并辅之以适宜的脱氧制度(必要时也可以不脱氧)以控制电渣重熔过程中一系列冶金反应的方向、顺序和限度，从而获得低铝、低氧、低硫和低氢的优质电渣金属的。其渣系为CaO15～25%，Al2O317～27%，SiO25～15%，其余主要为CaF2。CaO可用白灰或石灰石，Al2O3可用白刚玉或铝氧粉，SiO2则用白石英，CaF2用萤石。造渣方法炉外或炉内均可。造渣时可随意加入渣料，即根据各自的操作习惯，或依次加入，或混合加入，或分批加入，或一次加入。在重熔过程中根据炉况变化和产品质量要求，决定是否需要脱氧。如果重熔时间长，渣中FeO的积累超过0.7%而产品质量要求又较高时，可进行脱氧操作。脱氧剂用Ca-Si、Ca-Al、Al至少选用一种。用量根据不同钢种和渣中FeO含量高低在0.3-2.5kg/t重熔金属之间变动，以控制渣中FeO不超过0.7%为度。将脱氧剂直接加入渣中，或手工每5～15分钟一次间断加入，或机械连续加入。当重熔时间短，渣中FeO的积累未超过0.7%时，或者即使渣中FeO较高，产品质量要求允许时，则不必脱氧，只需用上述渣系重熔即可。
下面通过不同情况的四个实施例来进一步介绍本发明。
实施例1采用本发明重熔了6.5t汽轮机转子钢电渣锭(3OCr1Mo1V)。自耗电极中的铝和硫极低，均为0.006%。渣系组成主要为CaO 18%，Al2O320%，SiO27%，CaF2余量。分别以石灰、铝氧粉、石英砂和萤石为渣料。炉内造渣，渣料一次性加入。渣深280mm(电极直径400mm)。重熔过程中，渣温为1630～1700℃，用Ca-Al合金脱氧，用量为1.0kg/t钢，人工间断加入，每15分钟加一次，渣中FeO含量始终保持在0.28～0.35%范围。电渣锭中Al＝0.003-0.004%，O＝17～22ppm，S＝11ppm，H＝4ppm。重熔脱硫率为81.7%。硅、锰烧损率分别为11.4%和5.9%。
实施例2采用高铝(0.050%)电极重熔了4.5t核电用钢电渣锭(20MnMoNi55)。渣系组成主要为CaO 15%，Al2O318%，SiO28%，CaF2余量。CaO以石灰石、Al2O3以白刚玉为渣料，其他渣料同实施例1。炉内造渣，渣料分批陆续加入。渣深240mm(电极直径340mm)。重熔过程中未进行脱氧。电渣锭中Al＝0.009%，O＝20ppm，S＝15ppm。
实施例3附
图1为本实施例中的金属熔池中的铝和氧随重熔时间和电极含铝量的变化曲线图，图中“o”为电极的不同铝含量，“●”为熔池中铝含量的变化曲线，“▲”为熔池中的氧的变化曲线，纵座标表示的是重量百分比，横座标为重熔时间百分比。在世界上最大的200t电渣炉中采用本发明实施了发电机转子钢(26Cr2Ni4Mo V)电渣锭(锭重90t)的重熔。电极共21根(φ500mm，每根重4.5t)，具有高低不同的铝含量。渣系组成主要为CaO 24%，Al2O323%，SiO210%，CaF2余量。渣料种类、造渣方法和加渣方法均同实施例2。渣深300mm。重熔过程中，渣温为1600-1670℃，分别用Ca-Al和Ca-Si合金脱氧，各占半个熔炼期。用量为1.3kg/t钢，人工间断加入，每5分钟加一次，所控制的FeO含量在重熔全过程为0.27～0.36%。电渣锭中Al＝0.006～0.007%，O＝22～28ppm，S＝20～25ppm，其变化情况见图1。电渣锭中的H为2.3ppm。
实施例4重熔了高温高压容器用钢(2 1/4 Cr-1Mo)电渣锭(锭重120t)。电极中的铝为0.009%。渣系组成主要为CaO 21%，Al2O327%，SiO25%，CaF2余量。用铝脱氧，用量为1.8kg/t钢。除此之外，其他条件和操作方法同实施例3。重熔过程中，通过脱氧渣中FeO始终为0.20～0.32%。电渣锭中Al＝0.009%，O＝31ppm，S＝20ppm，H＝1.9ppm。
本发明相比现有技术具有如下优点
1.本发明采用碱性渣系，而且熔点较低，仅1200℃左右，这就决定了炉渣具有良好的冶金性质和工艺性质。
2.本发明的低铝控制与电极中的残余铝含量及其变化无关，用含铝0.005～0.050%的电极重熔，金属熔池中的铝都能保证不超过0.010%。即在用低铝电极重熔时，能控制各种来源的铝对重熔金属的污染，做到不增铝;当电极中的残余铝高于0.010%时，既能保证把重熔金属中的铝降到0.010%以下，同时硅、锰等活性元素的烧损又得到控制。
3.采用本发明生产低铝电渣金属，又可同时获得低的氧含量。
4.本发明强化了电渣重熔的脱硫优势，采用本发明可获得超低硫(S≤20ppm)电渣金属。
5.本发明具有抑制重熔吸氢的作用，采用本发明可获得低氢电渣金属。
6.本发明的低铝控制与脱氧剂种类、脱氧剂加入方法、渣中FeO减少无关，因此，脱氧剂可使用廉价的合金而无需使用昂贵的纯金属，而且加入方法以及FeO的控制都很简单。
7.本发明的低铝控制与渣中CaF2含量变化以及造渣方法无关，这就给渣系的配制和造渣操作带来了极大的方便。
8.本发明具有广泛的实用性。对高温蠕变和应力断裂性能有严格要求的产品，诸如大容量汽轮机转子、核电用钢、高温高压容器用钢，炮钢、高温合金和热强钢等，均可采用本发明生产。本发明已在世界上最大的200t电渣炉上实施两年，将其应用于300MW汽轮机转子电渣锭的批量生产，结果表明，重熔过程中金属熔池的大量取样与转子锻件全长分析结果高度一致Al＝0.006～0.008%，O≤30ppm S＜20ppm，H＜2ppm，而且重现性好。在用本发明重熔不同钢种的6.5t和4.5t电渣锭中，也取得和上述一致的结果。
权利要求
1.一种控制低铝的电渣重熔技术，以一般的电渣炉和电渣重熔工艺进行熔炼，达到熔炼的电渣金属中的铝含量≯0.010%，其特征是渣系组成为CaO15～25%，Al2O317～27%，SiO25～15%，其余主要为CaF2；重熔过程中，当渣中FeO＞0.7%时，通过熔渣脱氧控制FeO≯0.7%，在其他情况下，则不进行脱氧。
2.根据权利要求1所述的控制低铝的电渣重熔技术，其中所说的渣系，其特征在于SiO2采用白石英，Al2O3采用白刚玉或铝氧粉，CaO采用白灰或石灰石作渣料。
3.根据权利要求1所述的控制低铝的电渣重熔技术，其中所说的脱氧，其特征在于选用Ca-Al合金、Ca-Si合金、金属Al至少一种作为脱氧剂，用量均为0.3～2.5kg/t重熔金属，重熔过程中将脱氧剂陆续加入渣中，采用机械连续加入或人工每5～15分钟一次间断加入。
4.根据权利要求1所述的控制低铝的电渣重熔技术，其中所说的不脱氧，其特征在于重熔过程当渣中FeO≯0.7%时，则无需脱氧，或者在产品质量要求允许的情况下，FeO含量即使超过0.7%，也可以不进行脱氧。
全文摘要
本发明属于电渣重熔法炼钢的工艺技术，旨在解决电渣重熔法生产高级优质金属材料时的低铝(Al≤0.010％)控制问题。其主要技术特征是采用规定的渣系，并辅之以熔渣脱氧制度(必要时也可不进行脱氧)来保证所熔炼的电渣金属中的铝≤0.010％，同时又具有低氧、低硫和低氢含量。本发明适用于电渣重熔汽轮机转子钢、核电用钢、高温高压容器用钢、炮钢、热强钢和高温合金等一切有低铝要求的电渣金属。既可用于一般的电渣炉，也可用于超大型电渣炉。
文档编号C22B9/18GK1059371SQ90102919
公开日1992年3月11日 申请日期1990年8月20日 优先权日1990年8月20日
发明者向大林, 朱孝渭, 王克武 申请人:上海重型机器厂