渣成分对高温合金0Cr15Ni25Ti2MoAlVB 电渣重熔Ti烧损率和钢锭表面质量的影响

试验分析了2.5 t电渣炉使用4种成分熔渣重熔0Cr15Ni25Ti2MoAlVB合金时的Ti烧损率。试验结果表明,4种渣系中75%CaF₂-15%Al₂O₃-10%CaO三元提纯渣的Ti烧损率最低,为7.0%,并且避免了70%CaF₂-30%Al₂O₃的二元渣系重熔钢锭表面渣沟等缺陷。     

电渣重熔渣系对C-HRA-3耐热合金夹杂物的影响

本文利用10 kg级保护气氛电渣重熔炉，研究了两种电渣重熔渣系对C-HRA-3耐热合金电渣锭夹杂物数量、尺寸、分布规律的影响。结果表明，60%CaF₂-20%Al₂O₃-10%CaO-10%MgO渣系的液相线温度为1 417℃，新型50.4%CaF₂-26.1%Al₂O₃-19.5%CaO-4%MgO渣系的液相线温度为1 324℃，且固液两相区的温度区间较窄，液态熔渣的电阻率高，可实现C-HRA-3合金电渣重熔的高熔速稳定冶炼。两种渣系冶炼的电渣锭中，夹杂物主要包括氧化物、碳氮化物和硫化物等类型，电渣锭边缘位置夹杂物数量与自耗电极相近，电渣锭边缘到中心位置夹杂物数量呈现出逐渐减少的趋势。两种渣系冶炼的电渣锭中，氧化物夹杂的平均尺寸分别为3.019μm和2.341μm。新型渣系冶炼的电渣锭中，沿径向不同位置处，尺寸>3μm的氧化物夹杂数量占比均更小，对C-HRA-3合金大尺寸氧化物夹杂具有更显著的去除效果。     

GH2132合金2t 电渣锭重熔工艺改进

GH2132合金（1.90%～2.30%Ti）重熔过程中Ti烧损量大（Δ[Ti]0.37%～0.57%）,重熔中、后期钢中Ti含量仅为1.83%～1.89%。通过采用（%）CaF₂:Al₂O₃:CaO:TiO₂=75:15:5:5渣系替代原CaF270%+Al₂O₃ 30%渣系,控制渣中不稳定氧化物（SiO₂+FeO）≤0.6%、冶炼过程熔速控制从原6.1～6.3 kg/min降至5.3～5.6 kg/min等工艺措施,电渣锭各部位的Ti含量为2.06%～2.21%,Ti烧损量Δ[Ti]降至0.19%～0.34%。电渣锭锻造开坯后取样对夹杂物进行检验,发现通过工艺调整后夹杂物也有明显改善效果,D类细系夹杂物控制在0.5级以下,符合供货要求。     

氩气保护对低合金钢电渣重熔锭质量的影响

试验了15kg电渣炉在CaF₂-Al₂O₃-CaO-SiO₂渣系下,氩气流量25L/min的全氩气保护和大气重熔低合金钢(电极含0.030%[Als]、0.29%[Si]、20×10^-6 T[O])Al、Si的烧损和夹杂物的变化。结果表明,大气重熔时,电渣锭T[O]增加至36×10^-6, [Als]、[Si]分别降至0.011%和0.17%;氩气保护重熔时,电渣锭T[O]为24×10^-6,[Als]、[Si]分别为0.024%和0.28%;与大气重熔相比,氩气保护重熔锭中夹杂物尺寸小,分布均匀、弥散。     

电热合金钢0Cr21A16NbRE电渣重熔用渣的研究

研究了电热合金钢OCr21A16NbRE电渣重熔用渣70%CaF₂-25%Al₂O₃-5%CaO在正常重熔制度下（A=2800 A,V=30 V）液态炉渣自然冷却与经过渣钢反应后冷却至固相渣的各部位成分与物相,分析了钢液中稀土元素的烧损。结果表明,液渣冷却的固相中不含稀土元素,其成分点位于CaF₂-CaO·2Al₂0₃-Ca0·6Al₂0₃组成的子三角形内,各层化学成分和物相不同,但以CaF₂为主。炉渣经渣钢反应后可分为五层,颜色、物相各不相同;CaF2含量最高部位在上两层,Al₂O₃含量从无到有逐层升高;各层均检测到稀土氧化物,中间层及最底层（钢液滴落处）含量较高,稀土相中以铈镧的铝酸盐（Ce,La）x（AlO₂）y为主相,该相结构致密硬度高。计算表明,在中下层区域,炉渣氧化性较强,钢中稀土元素主要在此部位被氧化。增加渣中Y₂0₃量有利于提高电渣锭中稀土元素Y的含量。     

电渣重熔过程电源频率对电渣锭洁净度的影响

电渣重熔采用低频供电可以提高功率因数、降低电耗,并实现电力系统的三相平衡。然而,其对电渣锭冶金质量特别是洁净度的影响还缺乏足够的数据支撑。为了研究电源频率特别是低频操作对电渣重熔锭洁净度的影响,采用实验室小型低频电渣重熔炉,以304奥氏体不锈钢、GCr15轴承钢为研究对象,详细分析了不同的电源频率对电渣锭化学成分、气体含量、夹杂物分布的影响规律。研究结果发现,与工频电渣重熔相比,不论是不锈钢还是轴承钢,当采用低频电源(2、1、0.4、0.1 Hz)电渣重熔后(在其他工艺参数如渣系、渣量、电流、电压、气氛等完全相同的情况下),电渣锭中的氧质量分数(0.010%～0.013%)大幅增加,对氮含量影响很小。电渣锭中的铝含量明显增加,而其他化学成分变化很小。与此相对应,低频电渣重熔锭的夹杂物数量也明显增加,且增加的夹杂物主要以氧化铝为主,但是夹杂物主要以小于10μm的细小夹杂为主,大颗粒夹杂物略有增加,但是数量较少。氧含量增加的主要原因是低频电源的直流倾向增大,使重熔渣池中的氧化铝发生了电解(30%Al₂O₃+70%CaF₂渣系...     

精炼渣和氧含量对钢帘线盘条夹杂物和断丝指数的影响

试验研究了钢厂BOF-LF-CC-高速线材轧制流程LF二元精炼渣60CaO-40SiO₂、[O]27×10^-6,和三元精炼渣47.5~50.2CaO-41.8~45.7SiO₂-5~8 Al₂O₃、[O]12×10^-6~14×10^-6 对φ5.5 mm盘条中夹杂物种类、形貌、尺寸和数量的影响以及拉丝合股过程断丝指数的影响。结果表明,[O]较高、采用二元渣系精炼的盘条中夹杂物尺寸一般存7μm以上数量较多,Al₂O₃含量较高,且集中在盘条表面深度1 mm以内,断丝指数为2.5; [O]较低,采用三元渣系精炼的盘条中夹杂物SiO₂含量较高,Al₂O₃含量较低,大部分夹杂物尺寸为~5μm,盘条表面没有较大尺寸的夹杂物,断丝指数为1.0~1.5,所以F采用含5%Al₂O₃的三元渣精炼,控制[O]≤15×10^-6,降低钢中夹杂物数量和尺寸可显著改善钢帘线的拉拔性能。      

电渣重熔渣系对GCr15轴承钢洁净度的影响

针对目前在电渣重熔(ESR)GCr15轴承钢D类夹杂物超标问题,设计不同渣系,并分别借助Factsage软件和经验公式计算了渣系的熔化特性、黏度、电导率等物性参数,采用实验室渣金平衡实验及现场2.5 t电渣重熔实验分析得出：最优ESR渣系为55CaF₂-25Al₂O₃-15CaO-5MgO。使用新渣系平均全氧含量较传统渣系降低41.98%,并且能够降低电渣锭不同位置的全氧含量;对于1～5μm夹杂物个数较原始渣系下降了31.25%。通过渣系对夹杂物调控,改善了GCr15轴承钢中D类夹杂物,评级级别可达到0.5级,能够更好地“净化”电渣锭。     

Fe-20Cr-5Al不锈钢加稀土元素La合金化工艺对La收得率的影响

研究了50kg真空感应炉+电渣重熔工艺冶炼Fe-20Cr-5Al不锈钢(/%:0.004~0.006C,0.18Si,0.08Mn,20.25~20.28Cr,5.06~5.17Al)时的加La合金化方法对La回收率的影响。结果表明,采用真空感应炉熔炼(VIF)Fe-20Cr-5Al母合金+稀土氧化物La₂O₃(/%:50CaF₂-20CaO-30La₂O₃)电渣重熔(ESR)La合金化时,钢中La的平均含量为0.003%,加稀土氧化物电渣重熔La合金化不明显;真空感应炉母合金La合金化(含0.38%La)+70%CaF₂-30%Al₂O₃电渣重熔后钢中平均La含量为0.066%;真空感应炉母合金La合金化(含0.34%La)+50%CaF₂-20%CaO-30%La₂O₃电渣重熔后钢中平均La含量为0.032%,说明含La母合金在电渣重熔过程La烧损较大,但30%Al₂O₃较30%La₂O₃更有利降低母合金在电渣重熔过程中La的烧损。     

CaF2-CaO-Al2O3-SiO2-MgO五元渣的表面张力及其在镍基合金电渣重熔的应用

试验研究了五元渣（/%:50~65CaF₂,6~15CaO,18~30Al₂O₃,4~10SiO₂,1~7MgO）的组元含量、熔渣温度（1330~1463℃）对表面张力的影响。结果表明,随熔渣温度升高,其表面张力下降,1463℃五元渣的表面张力为0.372~0.418 N/m。60CaF₂-15CaO-6SiO₂-18Al₂O₃-5MgO具有较低的表面张力（0.375 N/m）,较好的流动性和低粘度值。3 t电渣炉熔炼镍基合金Inconel 600和625的工业应用结果表明,电渣锭成分均匀,[O]≤20×10^-6,[N]≤50×10^-6,平均电耗从原ANF-6渣重熔的1933 kWh/t降至1 326 kWh/t。     

氩气保护对电渣重熔气阀钢NCF3015铝钛烧损的影响

气阀钢NCF3015 Φ280 mm×1700 mm电极（/%:0.03～0.08C,13.5～15.5Cr,30～33.5Ni,1.7～2.1Al,2.4～2.9Ti,0.65～0.80Mo,0.65～0.80Nb,0.002～0.006B）经全同轴式惰性气体保护电渣重熔成Φ340 mm0.80 t电渣锭。在使用三元预熔渣70CaF₂-15Al₂O₃-15CaO以熔速为4 kg/min的全氩气保护条件下,试验了气阀钢NCF3015电渣过程中Al、Ti烧损的烧损量及Si的变化情况和脱S率,并阐述了机理。结果表明,Al相对Ti是主要的烧损元素,Al的平均烧损量为-0.071%,Ti的平均烧损量为-0.035%。从底部至顶部Al,Ti的烧损都逐渐减小,与常规电渣重熔烧损率相比,氩气保护对减小Al,Ti的烧损作用显著。Al、Ti的烧损导致重熔初期Si含量略增。该渣系有一定的脱硫效果,平均脱S率36.7%。     

电渣重熔过程中渣成分变化的研究

采用热重-差热分析法对AH6(70%CaF₂)、M-1(42%CaF₂)、L-3(15%CaF₂)和F-2(无CaF₂)4种重熔渣进行热重-差热分析,利用X-射线衍射(XRD)技术对高温熔炼渣结构进行检测。结果表明,CaF₂与渣中其他氧化物发生反应生成的氟化物气体导致渣系失重,并造成初始渣成分和终点渣池的渣成分存在明显差异;随初始渣CaF₂含量的增加,氟化物失重率增大,1 500℃时AH-6、M-1、L-3和F-2渣的失重率分别为11.92%、7.84%、4.87%和0.38%。XRD检测高温熔炼渣发现渣池中出现结构复杂、熔点较高的2CaO·SiO₂(2 130℃)、3Al₂O₃·2SiO₂(1 750℃)、CaO·6Al₂O₃(1860℃)和11CaO·7Al₂O₃·CaF₂(1577℃)等物质,导致渣皮形成过程中发生成分偏析,使电渣重熔全过程中渣池的化学组成和渣壳相组成无法始终保持恒定。      

CaF2-Al2O3-CaO渣系电渣重熔过程形成的渣皮结构及成分

分析了9.5 t热作模钢H13重熔锭在380 kg 60CaF₂-30Al₂O₃-10CaO三元渣的重熔过程中渣头和渣皮的结构和成分。结果表明,电渣锭生产过程的渣皮呈现明显的分层结构,自外侧向内,依次为急冷层、氧化铝析出层和内部返熔层;渣头中CaF₂含量普遍低于初渣值,而渣皮中CaF₂含量高于初渣值;铝氧化物在渣头外缘比重最高;重熔后渣的氧含量明显高于初渣。     

Al2O3 -SiO2 -CaO精炼渣系对55SiCrA弹簧钢夹杂物形态控制的影响

在实验室采用Al₂O₃坩埚硅钼管式炉研究了(/%)38.5～45.8CaO-38.2～42.0SiO₂-8～15Al₂O₃-8MgO精炼渣系的成分和碱度(1.0～1.2)对55SiCrA弹簧钢(/%:0.53C、1.50Si、0.70Mn、0.69Cr、0.008P、0.003S、0.005Als)中夹杂物形态的影响,并用Factsage热力学软件对夹杂物成分进行热力学计算和分析在三元相图中的分布。结果表明,夹杂物中Al₂O₃含量随精炼渣中Al₂O₃含量的增加而增加,当渣碱度为1.2,Al₂O₃为8%时钢中夹杂物分布在Al₂O₃-SiO₂-MnO相图低熔点区域,夹杂物中Al₂O₃含量为30%～40%。热力学计算表明,渣碱度1.0～1.2时,对应的钢中Als为0.008%与试验结果吻合。因此用1.0～1.2低碱度和≤8%Al₂O₃精炼渣可控制弹簧钢中的夹杂物形态。      

氩气流量、渣系和加Al粉对1Cr21Ni5Ti钢保护气氛重熔锭[Ti]的影响

生产试验了氩气流量（15~45 L/min）,三元（/%:63CaF₂,27Al₂O₃,10CaO）、四元（/%:53CaF₂,22Al₂O₃,20CaO,5MgO）和五元（/%:50CaF₂,22Al₂O₃,20CaO,5MgO,3TiO₂）渣系和重熔过程加Al粉对3 t保护气氛重熔1Cr21Ni5Ti钢锭[/%:0.09~0.14C,≤0.80Mn,≤0.80Si,≤0.025S,≤0.035P,4.8~5.8Ni,20~22Cr,5×（C-0.02~ 0.65Ti]中[Ti]的影响。结果表明,增加氩气流量,采用五元渣系和重熔过程均匀加入Al粉可使重熔锭平均钛的烧损△[Ti]≤0.15%。采用优化工艺在6 t保护气氛电渣炉,填充比0.58,电流12 500~13 500 A,电压40~43 V,,氩气流量30 L/min,重熔1Cr21Ni5Ti钢的结果表明,电渣锭成分稳定,C含量0.090%~0.091%;Ti含量0.46%~0.52%。      

17-7PH沉淀硬化不锈钢电渣重熔过程洁净度的变化

采用35 t电弧炉-AOD脱碳-LF精炼-模铸工艺制备了17-7PH沉淀硬化不锈钢自耗电极,并通过气体保护电渣炉重熔得到了2 t重的电渣锭。利用ASPEX扫描电镜分析了电渣重熔前后17-7PH钢中夹杂物数量、尺寸、成分的变化规律,并采用SEM-EDS进一步观察夹杂物的形貌及组成。研究结果发现,电渣重熔后,O含量由6.6×10^-6降至5.7×10^-6,N含量由200×10^-6降至180×10^-6。重熔前后夹杂物的类型没有变化,重熔后总的夹杂物数量大幅减少,特别是大颗粒夹杂物的数量明显减少、尺寸减小。电渣锭中总的夹杂物以AlN夹杂物为主,其尺寸较大、数量最多。为了提高17-7PH钢电渣锭的洁净度,应尽可能减少自耗电极中的N含量,以减少电渣重熔过程AlN夹杂物的生成量。     

电渣重熔工艺对孪晶诱发塑性(TWIP)钢冶金质量的影响

根据TWIP钢裂纹敏感性强和高洁净度要求,通过分析和计算,采用65CaF₂-25Al₂O₃-10CaO渣,AOD精炼的2根0.6 m直径7.3 t电极(/%:0.03C,2.75Si,25.13Mn,0.019P,0.002S,2.50Al),重熔14 t TWIP钢电渣锭(/%:0.03C,2.88Si,24.71Mn,0.021P,0.007S,2.98Al)。检验结果表明,重熔后钢中夹杂物乎均尺寸减少36.4%,夹杂物总量降低46.7%;电渣时应采用氩气保护以减少钢中Al、Mn的烧损。     

TiO2对低氟渣系电渣重熔Incoloy825合金中Al、Ti元素影响的热力学研究

为了研究低氟渣电渣重熔过程中电渣锭中元素的变化,以Incoloy825合金为研究对象,渣中添加不同含量的TiO₂和脱氧剂,进行了四组电渣重熔试验;并基于离子分子共存理论、热力学理论和质量守恒定律建立Al、Ti含量控制的热力学模型。结果表明,随着渣中TiO₂含量的增加,电渣锭中Ti含量增加,Al含量减少,这是由于铝钛的交换反应4Al+₃TiO₂=3Ti+2Al₂O₃控制的,Si和Mn元素含量变化不大。当TiO₂含量不变时,Al、Ti元素的含量沿着电渣锭高度的方向上有不同程度的增加,Si、Mn元素的含量则均有所下降。当熔渣中■为-3.16时,结合Al脱氧剂的添加,可以得到Al、Ti含量均匀性较好的产品,试验结果很好地验证了热力学模型的准确性。     

核电用超纯奥氏体不锈钢316H电渣重熔氢含量控制

为研究电渣重熔过程氢含量控制影响因素，电渣重熔生产Φ590 mm电渣锭时试验了4种不同组成的电渣渣系，同时电渣重熔过程配合氩气保护。通过试验不同渣系组成及不同氩气流量下保护气氛，最终确定电渣重熔在w(CaF₂)∶w(Al₂O₃)∶w(CaO)=60%∶30%∶10%组成渣系下，采用40 L/min的氩气流量控制，可使Φ590 mm电渣锭成品氢含量控制在5×10^-4%以下。     

高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6电渣生产工艺实践

为达到高铁齿轮钢高洁净度，尤其是单颗粒D类球状夹杂物尺寸≤10μm的目标，开发了电渣工艺生产高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6(/%：0.15～0.21C，≤0.40Si,0.50～0.90Mn,1.50～1.80Cr,1.40～1.70Ni,0.25～0.35Mo，≤0.010P，≤0.010S)，Ф250 mm钢坯生产工艺流程：EBT电弧炉-LF-VD-模铸5.6 t电极坯-电渣重熔-锻造-退火-检验。采用5.6 t电渣锭，渣系为CaF₂∶Al₂O₃∶CaO∶MgO=65∶20∶10∶5，冶炼过程中熔化率控制在500～550 kg/h，渣量为180～200 kg，采用新渣系后生产高铁齿轮钢的洁净度为[O]≤15×10^-6,[H]≤1.0×10^-6,P≤0.008%,S≤0.005%,A、B、C、D、D_S类非金属夹杂物级别≤1.0级，单颗粒D类球状夹杂物尺寸≤10μm，淬透性、力学性能等均符合要求。