一種消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，先按照CaF2 60～70重量份、Al2O3 15～25重量份和CaO 15～25重量份配制重熔渣，并在700～800℃烘烤7~10小時后倒入渣池中，將合金鋼作為自耗電極插入重熔渣中，裝配好電渣重熔爐，接通電源起弧開始電渣重熔，控制電渣重熔爐的輸入電壓波動≤40V，重熔電壓48~52 V，電流6100~6500 A，結晶器底部的冷卻水出水溫度≤50℃，結晶器底部的冷卻水進出溫差在10~20℃。本發明方法制得的電渣錠基本不出現錠型偏析情況，制得的電渣錠適合作為對錠型偏析要求嚴格的特殊部件如高壓氣密結構用鋼材，具有良好的安全性。
【專利說明】
一種消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝
技術領域
[0001] 本發明屬于黑金屬材料電冶金技術領域，涉及一種消除電渣鋼錠型偏析的重熔工 〇
【背景技術】
[0002] 錠型偏析是電渣重熔鋼材的一種低倍缺陷，是由于在電渣重熔過程中金屬熔化與 凝固過程同時進行，鋼液溫度隨著電壓、電流、冷卻水流速等工藝參數的波動而發生改變， 引起結晶速度的相應變化所造成的；在鋼錠結晶過程中由于結晶規律的影響，靠錠模的邊 緣形成垂直錠模的為柱狀晶區域，鋼錠的中心為等軸晶區，柱狀晶區域與等軸晶區交界處 極易形成成分偏析與雜質的聚集，組織上也易形成傾斜樹枝晶區，這些缺陷導致錠型偏析 形成。
[0003] 雖然有錠型偏析缺陷的鋼材并未引起鋼材機械性能的顯著惡化，但是將這些具有 錠型偏析的缺陷鋼材用作一些對錠型偏析要求嚴格的特殊用途部件，比如用在高壓氣密結 構部件時，則會因合金元素偏析而導致鋼材料漏氣，發生嚴重事故，造成不堪設想的后果。 然而現有技術中并沒有相關消除錠型偏析的生產工藝。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術存在的上述不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種消 除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，使該工藝具有良好的消除錠型偏析效果，采用該工藝制得 的鋼材能作為對錠型偏析級別要求高的特殊鋼種用。
[0005] 實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝， 包括如下步驟：
[0006] 1)按照CaF260~70重量份、Al2〇3l5~25重量份和CaO 15~25重量份配制重熔渣， 將配制的所述重熔渣在700~800°C烘烤7~10小時后倒入電渣重熔爐結晶器的渣池中；
[0007] 2)將合金鋼作為自耗電極插入到步驟1)所述重熔渣中，并裝配好所述電渣重熔 爐;所述合金鋼若為回收再利用的合金鋼，則還需去除合金鋼表面夾渣和/或耐火材料；
[0008] 3)步驟2)電渣重熔爐裝配完成后，接通電源起弧，開始電渣重熔，控制電渣重熔爐 的電源輸入電壓波動S40V，重熔電壓為48~52V，電流為6100~6500A;
[0009] 4)在電渣重熔過程中自耗電極不斷熔化，熔化后的自耗電極液滴穿過所述重熔渣 落入所述結晶器底部形成熔池，所述電渣重熔爐的結晶器底部和底板箱均通有冷卻水，所 述熔池中的熔液在冷卻水的作用下冷卻結晶得到電渣鋼錠;其中，控制結晶器底部的冷卻 水出水溫度< 50°C，結晶器底部的冷卻水進出溫差在10~20°C。
[0010] 本發明方法通電重熔過程中，利用電流使重熔渣產生的電阻熱作為熱源，將自耗 電極逐漸熔化，熔化后的自耗電極液滴穿過重熔渣落入結晶器底部形成熔池，熔池中的熔 液在結晶器底部和底板箱冷卻水的冷卻作用下冷卻凝固，得到電渣鋼錠。為了解決現有電 渣重熔鋼容易出現錠型偏析的不足之處，本發明采用如下重量份組分配制重熔渣：CaF260 ~70份、Al2〇315~25份和CaO 15~25份，該比例渣熔點較低在1230 °C左右，熔煉過程中性質 穩定，易成型，有較大的過熱和好的流動性，有利于改善和消除錠型偏析。
[0011] 本發明還控制電渣重熔爐的電源輸入電壓波動S40V，重熔電壓為48~52V，電流 為6100~6500A，采用高電壓低電流的參數，在電渣重熔過程中能夠獲得扁平形狀的金屬熔 池，為凝固結晶創造條件，對消除錠型偏析有利；為了更好地避免產生錠型偏析現象，本發 明還控制結晶器底部的冷卻水出水溫度< 50°C，結晶器底部的冷卻水進出溫差在10~20 °C，采用這樣的參數，加大徑向冷卻溫度梯度，加快金屬熔液的凝固結晶，有利改善錠型偏 析。
[0012] 進一步，所述電渣重熔工藝中，連接所述電源和所述電渣重熔爐的電線長度< 2m。 這樣，可以減少線路阻抗，避免了線路阻抗帶來的電壓波動，保證了重熔過程中電壓的平 穩，避免電壓波動帶來的錠型偏析。
[0013] 進一步，所述電渣重熔工藝中，底板箱冷卻水進出水溫差< 5 °C。因為電渣重熔凝 固是以軸向推進，那么底水箱的冷卻強度也影響鋼錠的結晶特點和鋼錠的凝固質量，本發 明底水箱冷卻水進出水溫差控制在5°C以內，能很好的消除錠型偏析。
[0014] 進一步，所述電渣重熔工藝中，所述自耗電極為20CrNi3A合金鋼。本發明對 20CrNi3A合金鋼消除錠型偏析的效果更好，可以使對錠型偏析較敏感的20CrNi3A合金鋼基 本不產生錠型偏析。
[0015] 進一步，所述電渣重熔工藝中，所述結晶器的護底板與所述自耗電極鋼種相同。這 樣，得到的電渣錠表面不會覆有其他合金或金屬，制得的電渣錠純度更高。
[0016] 相比現有技術，本發明具有如下有益效果：
[0017] 1、本發明針對現有技術電渣重熔合金鋼容易出現錠型偏析，不適合作為對錠型偏 析要求嚴格的特殊用途鋼材這一不足，通過研究發現錠型偏析的產生主要是與電渣重熔過 程中的控制電壓、電流、輸入電壓波動、渣系、冷卻水溫度及進出冷卻水溫差密切關聯，并進 一步通過研究發現當選用本發明方法時，重熔渣具有較大的過熱和好的流動性，在電渣重 熔過程中能夠獲得扁平形狀的金屬熔池，并加快金屬熔液的凝固結晶，制得基本無錠型偏 析現象的合金鋼材，取得了良好的技術效果。
[0018] 2、采用本發明方法制得的電渣錠基本不出現錠型偏析情況，制得的電渣錠適合作 為對錠型偏析要求嚴格的特殊部件如高壓氣密結構用鋼材，避免了材料漏氣等造成的嚴重 事故，具有良好的安全性。
[0019] 3、本發明方法使用現有電渣重熔裝置即可操作，操作過程中參數易控制，控制過 程中無需使用特殊設備，操作成本低，進而制得的鋼材成本相應也較低，具有良好的市場前 景。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。本實施案例在以本發明技術為 前提下進行實施，現給出詳細的實施方式和具體的操作過程來說明本發明具有創造性，但 本發明的保護范圍不限于以下的實施例。
[0021 ]本發明消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，包括如下步驟：
[0022] 1)按照CaF260~70重量份、Al2〇3l5~25重量份和CaO 15~25重量份配制重熔渣， 將配制的所述重熔渣在700~800°C烘烤7~10小時后倒入電渣重熔爐結晶器的渣池中；
[0023] 2)將合金鋼作為自耗電極插入到步驟1)所述重熔渣中，并裝配好所述電渣重熔 爐;所述合金鋼若為回收再利用的合金鋼，則還需去除合金鋼表面夾渣和/或耐火材料；
[0024] 3)步驟2)電渣重熔爐裝配完成后，接通電源起弧，開始電渣重熔，控制電渣重熔爐 的電源輸入電壓波動S40V，重熔電壓為48~52V，電流為6100~6500A;
[0025] 4)在電渣重熔過程中自耗電極不斷熔化，熔化后的自耗電極液滴穿過所述重熔渣 落入所述結晶器底部形成熔池，所述電渣重熔爐的結晶器底部和底板箱均通有冷卻水，所 述熔池中的熔液在冷卻水的作用下冷卻結晶得到電渣鋼錠;其中，控制結晶器底部的冷卻 水出水溫度< 50°C，結晶器底部的冷卻水進出溫差在10~20°C。
[0026] 下面采用本發明方法進行試驗，為了更好的說明，分別從改變電渣重熔爐的輸入 電壓波動、調整電流、改變渣系、調節結晶器底部冷卻水溫差方面來驗證本發明方法可以有 效避免錠型偏析的產生，具體試驗和結果如表1~4所示，表中未列出試驗參數均設置為本 發明方法中所描述的參數。下述實施例均使用對錠型偏析較敏感的20CrNi 3A合金鋼作為自 耗電極鋼種，將20CrNi3A合金鋼采用感應爐冶煉生產澆注成#180mm的自耗電極，采用多 300mm的水冷銅結晶器，使用與自耗電極同鋼種20CrNi 3A合金鋼的護底板。
[0027]實施例1改變輸入電壓波動
[0028] 表1輸入電壓波動對錠型偏析產生的影響
[0029]
[0030] 本發明通過研究發現輸入電壓的波動會引起輸出電壓即冶煉電壓的波動，重熔過 程中冶煉功率的變化影響金屬熔池形狀、結晶速度，還可能出現二次熔化現象等，實際生產 中波動越大，錠型偏析越嚴重。由上表1可以看出，在輸入電壓波動較大的情況下，鋼錠頭尾 產生錠型偏析的現象明顯，不合格爐數達到一半以上，且輸入電壓波動越大，錠型偏析越嚴 重;而采用本發明方法控制輸入電壓波動< 40V，不合格爐數為0，電渣重熔的電渣鋼頭尾沒 有出現錠型偏析現象，說明本發明方法取得了良好的抑制錠型偏析產生的效果。
[0031] 實施例2改變電流值
[0032] 表2電流值對錠型偏析產生的影響
[0033]
[0035]本發明通過研究發采用高電壓低電流的參數，在電渣重熔過程中能夠獲得扁平形 狀的金屬熔池，為凝固結晶創造條件，消除錠型偏析。由上表2可以看出，重熔電流在6100~ 6500A時，能夠保證重熔過程穩定，不會產生錠型偏析，而采用其他電流均會產生錠型偏析。 [0036] 實施例3改變渣系
[0037] 表3渣系的改變對錠型偏析產生的影響
[0038]
[0039] 由上表3可以看出，采用CaF2:60~70份、Al2〇3:15~25份和Ca015~25份的重熔渣 時，該比例渣熔點較低在1230 °C左右，熔煉過程穩定，易成型，有較大的過熱和好的流動性， 在電流的作用下能夠產生較高的渣溫，能夠有效抑制錠型偏析的產生。
[0040] 實施例4調節結晶器冷卻水溫差
[0041] 表4結晶器冷卻水溫差對錠型偏析的影響
[0042]
[0043] 上表三種試驗方案底板箱冷卻水進出水溫差控制在5°C以內，由上表可以看出當 結晶器底部冷卻水溫差大于20°C時，出現了嚴重的錠型偏析，而將結晶器底部冷卻水溫差 控制在10~20°C時，可以使結晶器的徑向冷卻溫度梯度變大，加快了金屬熔液的凝固結晶， 熔池內的熔液能夠在短時間內迅速冷卻，避免了錠型偏析的產生。
[0044] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，其特征在于，包括如下步驟： 1) 按照CaF2 60~70重量份、Al2〇3 15~25重量份和CaO 15~25重量份配制重熔渣，將 配制的所述重熔渣在700~800°C烘烤7~10小時后倒入電渣重熔爐結晶器的渣池中； 2) 將合金鋼作為自耗電極插入到步驟1)所述重熔渣中，并裝配好所述電渣重熔爐； 3) 步驟2)電渣重熔爐裝配完成后，接通電源起弧，開始電渣重熔，控制電渣重熔爐的電 源輸入電壓波動S40V，重熔電壓為48~52 V，電流為6100~6500A; 4) 在電渣重熔過程中自耗電極不斷熔化，熔化后的自耗電極液滴穿過所述重熔渣落入 所述結晶器底部形成熔池，所述電渣重熔爐的結晶器底部和底板箱均通有冷卻水，所述熔 池中的熔液在冷卻水的作用下冷卻結晶得到電渣鋼錠;其中，控制結晶器底部的冷卻水出 水溫度< 50°C，結晶器底部的冷卻水進出溫差在10~20°C。2. 根據權利要求1所述消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，其特征在于，連接所述電源和 所述電渣重熔爐的電線長度<2 m。3. 根據權利要求1所述消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，其特征在于，所述底板箱冷卻 水進出水溫差< 5°C。4. 根據權利要求1所述消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，其特征在于，所述自耗電極為 20CrNi3A合金鋼。5. 根據權利要求1所述消除電渣鋼錠型偏析的重熔工藝，其特征在于，所述結晶器的護 底板與所述自耗電極鋼種相同。
【文檔編號】C22B9/18GK105838897SQ201610212620
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月5日
【發明人】秦洪偉
【申請人】重慶鋼鐵(集團)有限責任公司