用于核级不锈钢电渣重熔的渣料及采用该渣料进行电渣重熔的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于核级不锈钢电渣重熔的渣料及采用该渣料进行电渣重熔的方法，所述渣料组分的重量百分含量为CaF2 40～70%、MgF2 1～10%、Al2O3 10～20%、CaO 10～20%、MgO 1～10%、BaO 0～3%；制备电渣锭的主要步骤为：电极棒准备→渣料准备→电渣重熔。采用本发明专利技术制备的电渣锭，Co、B、Pb、Sn、H、P、S等有害元素含量低，表面质量好、成分均匀、偏析少、组织细小致密，非金属夹杂物总和≤2.0级，达到核级不锈钢的冶金质量要求。

Slag for Electroslag Remelting of Nuclear Stainless Steel and the Method of Electroslag Remelting Using the Slag

The present invention relates to a slag used for electroslag remelting of nuclear grade stainless steel and a method for electroslag remelting using the slag. The weight percentage of the slag components is CaF2 40-70%, MgF2 1-10%, Al2O3 10-20%, CaO 10-20%, MgO 1-10%, BaO 0-3%. The main steps for preparing electroslag ingots are: electrode bar preparation slag preparation electroslag remelting. The electroslag ingot prepared by the invention has low content of harmful elements such as Co, B, Pb, Sn, H, P and S, good surface quality, uniform composition, less segregation, fine and compact structure, and the total amount of non-metallic inclusions is less than 2.0 grade, which meets the metallurgical quality requirements of nuclear grade stainless steel.

【技术实现步骤摘要】
用于核级不锈钢电渣重熔的渣料及采用该渣料进行电渣重熔的方法
本专利技术涉及一种冶炼方法，特别涉及一种用于核级不锈钢电渣重熔的渣料及采用该渣料进行电渣重熔的方法。
技术介绍
电渣重熔是利用液态熔渣所产生的电阻热将金属自耗电极熔化、精炼并在结晶器中凝固成型的一种工艺。电渣钢具有金属纯净、组织致密、成分均匀、性能优异等诸多优点，电渣重熔技术从产生至今，一直是生产特种合金材料的重要手段。渣料是电渣冶金领域必不可少的一种重要原材料，其渣料配方和使用方法决定了最终产品的冶金质量。电渣重熔的工艺技术包括电制度、渣制度、温度制度、速度制度、启动技术、换电极技术、抽锭技术、高均匀性控制技术、低氢控制技术、低氧控制技术、低铝控制技术、炉渣分析技术、熔池检测技术等，随着设备技术的提高和实践数据的累积，这些技术逐步得到了优化改进，越来越成熟。氢是锻件报废的主要原因之一，而且往往会成批报废，一旦出现废品，经济损失就会很大。一般要求钢中氢含量不超过2ppm，当氢含量过高时，通常需要进行长时间的除氢退火，从而大幅提高成本。而常规方法冶炼的电渣锭，氢含量通常会超过2ppm。均匀性是冶金质量控制的主要难题之一，普通方法制备的电渣锭，通常底部碳含量会升高，硅、钛、铝等元素含量会降低，从而导致钢锭成分不均匀。另一方面，电渣重熔过程中，熔渣的一些组元分解会造成渣成分的变化，引起熔渣的冶金性质和工艺性质发生变化，最终导致锭高方向部分元素分布不均匀。钢锭成分不均匀，会造成最终产品的组织和性能不均匀，严重时无法使用，造成产品报废。目前，部分厂家生产的核级不锈钢冶金质量差，导致报废的情况时有发生，例如有害元素含量超标、非金属夹杂物超标、缩孔严重、有害元素含量高导致性能恶化、成分均匀性差引起性能均匀性差或者性能不合格。电渣重熔技术不过关或没有经过电渣重熔工序是原因之一。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种用于核级不锈钢电渣重熔的渣料及采用该渣料进行电渣重熔的方法，采用本专利技术所方法制备的电渣锭，Co、B、Pb、Sn、H、P、S等有害元素含量低，表面质量好、成分均匀、偏析少、组织细小致密，非金属夹杂物总和≤2.0级。本专利技术的技术方案是：用于核级不锈钢电渣重熔方法的渣料，该渣料各组分的重量百分含量为CaF240～70％、MgF21～10％、Al2O310～20％、CaO10～20％、MgO1～10％、BaO0～3％，所述的渣料纯度为工业纯，且[Co]+[Nb]+[Ta]≤0.2％、[B]≤0.01％。较好的技术方案是，所述渣料组分的重量百分含量为：CaF255～60％、MgF26～8％、Al2O312～16％、CaO10～15％、MgO6～7％、BaO0.5％。上述渣料的组分中，MgF2+MgO为8～15％，CaO+BaO为13～20％，CaO+BaO+MgO的含量≥Al2O3的含量。核级不锈钢电渣重熔方法，有以下步骤：1)电极棒准备采用真空感应熔炼炉熔炼的真空锭作为电极棒，去除电极棒表面氧化皮，将电极棒与假电极焊接；2)渣料准备按照上述的配比取渣料各组分，烘烤渣料，混均，逐渐加入结晶器中，通电化渣，待渣料全部熔融后，继续通电5～10分钟后断电，渣料冷却到室温，敲碎，混匀，得到预熔渣；3)电渣重熔将步骤2)得到的预熔渣逐渐加入结晶器中，用步骤1)制备的电极棒化渣，预熔渣熔融后加入变价氧化物，插入电极棒，同时上下移动电极棒3～5次进行搅拌，通电重熔，得到核级不锈钢电渣锭。步骤1)所述电极棒的横截面形状与结晶器的横截面形状对应。所述的结晶器规格所对应的电压电流为：1)φ300mm结晶器：电压50～55V，电流7000～9000A；2)φ600mm结晶器：电压55～60V，电流10000～15000A。步骤2)所述通电化渣的电压30～55V，电流3000～6000A。步骤2)所述烘烤渣料，其中，CaF2、MgF2、Al2O3、MgO、BaO的烘烤制度为600～900℃×4～6h，CaO的烘烤制度为900～950℃×6～8h。步骤3)所述变价氧化物为MnO2、MnO、TiO2、稀土氧化物中的一种或几种，变价氧化物用量为渣料重量的0.5～3％，纯度为分析纯。所述稀土氧化物为氧化铈或氧化钇。步骤3)所述上下移动电极棒的速度为5～30mm/S。步骤3)所述核级不锈钢电渣锭中[O]≤20ppm、[H]≤2ppm、[P]≤60ppm、[S]≤10ppm、[Co]≤0.1％、[B]≤0.005％。步骤3)所述通电重熔，根据结晶器规格选择电压电流。所述的渣料纯度为工业纯，且渣料中[Co]+[Nb]+[Ta]≤0.2％、[B]≤0.01％。步骤1)所述电极棒不能接触水，如果接触了水，应进行200℃×4h烘烤。采用本专利技术所述电渣锭制备的核级不锈钢中非金属夹杂物总量≤2.0级。本专利技术所述电极棒的化学成分与成品电渣锭一致。采用本专利技术的方法制备的核级不锈钢电渣锭，与常规方法相比，其有害元素含量低、成分均匀、组织细小致密、表面质量好、偏析少，非金属夹杂物数量少、尺寸小且分布均匀，可达到核电领域对不锈钢材料冶金质量的要求。本专利技术所述渣料中，主要组分的作用如下：(1)CaF2：能降低渣的熔点、黏度和表面张力。但和其他组元相比，CaF2的电导率较高。(2)CaO：渣中加入CaO将增大渣的碱度，提高脱硫效率，而且CaO的加入能够降低渣的电导率。但是CaO吸水性强，易带入氢和氧，造成钢增氢增氧，所以使用前必须高温烘烤。(3)Al2O3：能明显降低渣的电导率，减少电耗，提高生产率。但是渣中Al2O3增加，将使渣的熔化温度和黏度升高，并将降低渣的脱硫效果，另外会使重熔过程难以建立和稳定。(4)MgO：渣中含有适当的MgO将会在渣池表面形成一层半凝固膜，可防止渣池吸氢及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧，从而使铸锭中氧、氢、氮含量降低。同时，这层凝固膜可减少渣表面向大气辐射的热损失。但是MgO容易使熔渣的黏度提高。(5)MgF2：类似CaF2作为助剂，大幅降低渣的熔点，还可降低渣的黏度、表面张力和电导率。(6)BaO：提高渣的碱度，降低钢中P、S元素含量。本专利技术所述方法中的变价氧化物在重熔过程中可以平衡渣池中的C、O、H元素，降低有害元素含量的同时提高均匀性。本专利技术通过从电制度、渣制度、原材料、工艺流程等方面进行控制，提高电渣锭的成分均匀性，消除疏松、气孔等冶金缺陷，降低Co、B、Pb、Sn、H、P、S等有害元素含量，达到核级不锈钢的冶金质量要求。具体实施方式实例1制备316L不锈钢电渣锭1)电极棒准备采用500kg真空感应熔炼炉进行熔炼，将表1所述的钢水浇注成φ170mm的电极棒，砂磨去除电极棒表面氧化皮，然后将电极棒与假电极焊接在一起。表1钢水的主要元素成分见下表：2)渣料准备渣料配比为(重量百分含量)：CaF260％、MgF26％、Al2O316％、CaO10.5％、MgO7％、BaO0.5％，渣料总重量为30kg。将CaF2、MgF2、Al2O3、MgO、BaO混匀后进行烘烤，烘烤制度为800℃×5h，CaO单独进行烘烤，烘烤制度为930℃×6h。使用步骤1)所述电极棒进行化渣，将预先混合的渣料逐渐(分批加入渣料，待加入的渣料熔融后，再加下一批)加入结晶器，通电起弧，电压逐步提高至50V，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于核级不锈钢电渣重熔的渣料，其特征在于，该渣料组分的重量百分含量为CaF2 40～70%、MgF2 1～10%、Al2O3 10～20%、CaO 10～20%、MgO 1～10%、BaO 0～3%，所述的渣料纯度为工业纯，且[Co]+[Nb]+[Ta]≤0.2%、[B]≤0.01%。

【技术特征摘要】
1.用于核级不锈钢电渣重熔的渣料，其特征在于，该渣料组分的重量百分含量为CaF240～70%、MgF21～10%、Al2O310～20%、CaO10～20%、MgO1～10%、BaO0～3%，所述的渣料纯度为工业纯，且[Co]+[Nb]+[Ta]≤0.2%、[B]≤0.01%。2.根据权利要求1所述的渣料，其特征在于，该渣料组分的重量百分含量为：CaF255～60%、MgF26～8%、Al2O312～16%、CaO10～15%、MgO6～7%，BaO0.5%。3.根据权利要求1或2所述的渣料，其特征在于：所述渣料的组分中，MgF2+MgO为8～15%，CaO+BaO为13～20%，CaO+BaO+MgO的含量≥Al2O3的含量。4.一种核级不锈钢的电渣重熔方法，其特征在于，有以下步骤：1）电极棒准备采用真空感应熔炼炉熔炼的真空锭作为电极棒，去除电极棒表面氧化皮，将电极棒与假电极焊接；2）渣料准备按照权利要求1～3任一所述的配比取渣料各组分，烘烤渣料，混均，逐渐加入结晶器中，通电化渣，待渣料全部熔融后，继续通电5～10分钟后断电，渣料冷却到室温，敲碎，混匀，得到预熔渣；3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：何曲波，刘海定，王东哲，吴畏，王方军，吕晓敏，赵安中，
申请(专利权)人：重庆材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50