一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺，解决了电渣重熔中铝钛沿电渣锭轴向的成分不均匀性问题。本发明专利技术的基渣采用不含TiO

【技术实现步骤摘要】
一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺
本专利技术属于电渣冶金
，涉及一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺。
技术介绍
高钛低铝型钢种(例如1Cr21Ni5Ti、1Cr18Ni9Ti)是钛稳定化的双相不锈钢，为了保证良好的耐晶间腐蚀性，对钢中的Al、Ti含量的控制范围具有严格的要求。电渣重熔作为高钛低铝型钢种的二次熔炼技术，虽然可使钢种得到进一步精炼，达到脱硫和去除夹杂物的效果，但在Al、Ti成分均匀性控制方面仍然是国内外的一大难题。目前，在电渣重熔高钛低铝型钢种的过程中，渣系设计的不合理性、熔渣中的不稳定氧化物、金属与熔渣反应温度的不断变化，使得电渣锭出现烧钛增铝，烧钛烧铝，烧铝增钛等现象，铝钛烧损无规律可循，出现铝钛成分超出上下限导致电渣锭报废。电渣重熔是一个先升温再恒温的过程，其温度变化简图如图1所示。在电渣重熔初期的升温阶段，由于熔渣温度的不断上升，使得铝钛反应式如下：4Al+3TiO2＝2Al2O3+3Ti(1)其平衡状态不断发生改变，铝钛成分也相应发生改变，最终导致铝钛含量在电渣锭底部成分波动大，降低电渣锭的成材率。虽然有很多文献对含铝钛钢种的成分控制进行了报道，但无论是在烧损机理上，还是在渣系设计和工艺制定上仍没有取得突破与进展，高钛低铝型钢种的铝钛烧损问题已成为此类钢种生产中的共性问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的电渣重熔高钛低铝型钢种过程中铝钛成分不均匀性问题，本专利技术提供了一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺。该渣系及其冶炼工艺能够保证电渣重熔过程中Al、Ti含量的均匀性，尤其是在重熔初期升温阶段(即电渣锭底部)的Al、Ti含量的成分均匀性。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系，其基础渣系采用低CaO渣系，低CaO渣系各个组元的重量百分比为：其中TiO2的加入量采用如下方法计算：根据熔渣与钢液中Al、Ti平衡的原理，在MoSi2电阻炉内某一固定温度下进行渣金平衡实验，其中温度为1800～1900K；根据实验结果，平衡时态下钢中的Al、Ti以及渣中的Al2O3和TiO2具有如下关系：其中，分别是渣中TiO2和Al2O3的摩尔分数；分别是渣中TiO2和Al2O3的活度系数；fTi，fAl分别是钢中Ti和Al的活度系数。对公式(2)中的活度系数项进行修正，并采用公式(2)求得在目标钢种液相线温度下的渣中TiO2的含量。由于熔渣中的CaO与TiO2能够结合为CaTiO3，大大降低了TiO2的活度；但CaO对Al2O3的活度影响相比TiO2却小得多，因此CaO可以降低的值，具体论述请参考文献：DongHou,ZhouhuaJiang,YanwuDong,etal:‘ThermodynamicdesignofelectroslagremeltingslagforhightitaniumandlowaluminumstainlesssteelbasedonIMCT’.Ironmaking&Steelmaking.2016,vol.43,no.7,pp.517-525.—侯栋,姜周华,董艳伍:“基于炉渣分子离子共存理论进行电渣重熔高钛低铝型钢种的渣系设计”。通过公式(2)可知，低CaO的渣系可以降低渣中TiO2的用量，能够保证电渣锭具有“高钛低铝”的特性；同时TiO2用量的降低，在电渣重熔过程中，随着钢中Ti氧化为TiO2，渣中的TiO2在较小的范围内变化就能够快速促进铝钛反应的热力学平衡，提高铝钛反应的稳定性。为考虑熔渣脱S作用，渣中的CaO变化范围为0％～5％，同时增加MgO含量辅助脱S并调节渣系的物化性能。一种采用上述的重熔渣系冶炼高钛低铝型钢种的工艺，在电渣重熔初期熔渣升温阶段，持续均匀地补加额外的TiO2，其总补加量为根据公式(2)计算得到1677℃下的渣中TiO2的含量和目标钢种液相线温度下的渣中TiO2的含量的差值。使得冶炼过程中钢中的Al、Ti接近热力学平衡状态，保证初期升温阶段钢中Al、Ti含量的稳定性，改善铝钛成分的均匀性，提高成材率。电渣重熔初期是熔渣升温的阶段，渣金反应温度从目标钢种的液相线升高到约1677℃。根据公式(2)可知，随着温度的不断升高，为保证自耗电极中的Al、Ti的稳定性，其所需TiO2的用量也相应增加。通过在电渣重熔初期升温阶段内持续均匀地补加额外的TiO2，保证了在电渣重熔过程中熔渣与钢液始终接近热力学反应平衡状态，提高铝、钛含量的稳定性，最终获得成分均匀的电渣锭。本专利技术对高钛低铝型钢种的重熔渣系及其冶炼工艺进行了开发，可使得电渣锭沿纵向方向的Al、Ti含量均匀。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术公开了用于电渣重熔高钛低铝型钢种的基础渣系，解释了采用低CaO渣系的优越性与合理性，并从热力学平衡角度对初始渣系中的TiO2含量进行了确定，其根据渣金平衡实验对公式(2)中的活度系数项进行修正后，通过计算得到在目标钢种的液相线温度下的平衡时TiO2含量，即初渣中TiO2的加入量。本专利技术制定了电渣重熔高钛低铝型钢种的渣系设计原则及其冶炼工艺，包括采用低CaO渣系，初始渣中TiO2的确定方法，重熔初期升温阶段内TiO2的补加方法。保证整个冶炼过程熔渣与金属间Al、Ti接近热力学平衡状态，从而获得成分均匀的电渣锭。附图说明图1为熔渣温度随电渣重熔冶炼时间的变化示意图。图2为实施例1中的TiO2含量确定图。图3为实施例2中的TiO2含量确定图。图4为实施例3中的TiO2含量确定图。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施例。实施例1：针对1Cr21Ni5Ti不锈钢，采用本专利技术所建立的方法，根据自耗电极的成分特点，确定基渣成分为：CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝65:20:5:10。向基渣中分别加入2％、5％、10％的TiO2进行MoSi2电阻炉中的1577℃下的渣金平衡实验，分别记为T1、T2、T3。采用炉渣分子离子共存理论进行作用浓度的计算，结合渣金平衡实验结果中平衡时态下的钢中的Al、Ti以及渣中的Al2O3和TiO2含量，进行活度系数项的修正，利用公式(2)得到TiO2含量，如图2所示。当要求电渣锭中Ti含量在0.60，Al含量在0.04时，通过该图计算得到在钢种的液相线1477℃下初渣中TiO2用量为8％。重熔初期升温阶段内TiO2的添加总量为1677℃和1477℃的计算得到的差值，6％。使用该渣料在容量为50kg、结晶器内径为13cm的电渣炉上，电流、电压分别为3000A、38V，电极直径6cm，用渣量为3.2kg。重熔初期升温阶段的电渣锭高度为14cm，在此期间持续均匀的补加TiO2，TiO2的补加总量为200g。重熔50kg的1Cr21Ni5Ti的电渣锭后，合金锭轴向Al、Ti含量偏差很小：Al含量的波动范围为0.036％～0.045％；钛含量的波动范围为0.57％～0.63％。典型炉次电渣锭轴向的Al、Ti成分如下表所示。实施例2：针对1Cr21Ni5Ti不锈钢，采用本专利技术所建立的方法，根据自耗电极的成分特点，确定基渣成分为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝65:20:5:10。向基渣中分别加入2％、5％、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系，其特征在于，基础渣系采用低CaO渣系，其中各个组元的重量百分比为：

【技术特征摘要】
1.一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系，其特征在于，基础渣系采用低CaO渣系，其中各个组元的重量百分比为：其中TiO2的加入量采用如下方法计算：根据熔渣与钢液中Al、Ti平衡的原理，在MoSi2电阻炉内某一固定温度下进行渣金平衡实验，其中温度为1800～1900K；根据实验结果，平衡时态下钢中的Al、Ti以及渣中的Al2O3和TiO2具有如下关系：

【专利技术属性】
技术研发人员：姜周华，侯栋，董艳伍，龚伟，侯志文，曹玉龙，曹海波，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21