降低电渣重熔GCr15钢的氧含量

在420mm／250mm方形结晶器的工业炉上重熔1．2t锭,比较了含高氟的二元渣系、低氟和中氟的五元渣系、重熔气氛（Ar气保护）、自耗电极表面质量、渣中aFeO值和自耗电极含氧量对重熔钢氧含量的影响。结果表明,自耗电极氧含量为5．87×10-6和10×10-6．在氮气气氛、低氟五元渣系下重熔,电渣过程是一个增氧过程,重馆过程中降低渣中aFeO值,可使GCr15钢的氧含量降至15×10-6左右。     

电渣重熔过程中氧含量的控制

电渣重熔钢锭中的氧主要来源于自耗电极中的原始氧、在电极制造和重熔时渣池上方电极表面生成的氧化铁皮、渣料带入的不稳定氧化物和电渣重熔过程中气氛中的氧,为了有效地控制电渣锭中的氧含量,必须使用复合脱氧剂对自耗电极进行终脱氧,对自耗电极表面进行处理,严格控制渣中不稳定氧化物的含量,以及降低电渣重熔过程中气氛中的氧分压.     

电渣重熔过程渣/金界面行为的模拟

建立了电渣重熔体系下三维数学模型,以电渣重熔渣池、钢液为研究对象,利用Fluent商业软件,基于VOF多相流模型,对电渣重熔系统渣金两相流场进行模拟计算.计算结果表明:熔炼初期,金属电极采用薄膜熔化,从两端开始熔化并以小液滴的形式掉落,随着熔炼的进行,电极中部也开始产生小熔滴,最终在中心处形成一个大熔滴掉落,此后进入稳定熔炼期.对比不同电极端部形状,电极端部为圆头时比电极端部为平头时熔滴更容易在电极中心汇聚,渣金界面波动更大;对比不同电极插入深度,插入位置浅,熔滴通过渣层时间长,渣金界面波动更大;对比不同熔速,熔速为0.15 kg/s时,熔滴产生后,一滴一滴不连续掉落,这样熔滴可以与渣充分反应;加大熔速至0.20 kg/s时,可见熔滴成股流下,大熔速下,熔滴进入金属熔池时速度较大,渣金界面波动更大.     

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。      

21世纪电渣冶金的展望

用于制备超纯优质金属材料的精细冶金不断地发展，近期电渣冶金的进展令人瞩目。高压电渣重熔（PESR）；真空电渣重熔（VarESR)使重熔金属质量达到高纯水平。电渣热封顶（ESHT）生产巨型钢锭具有技术与经济上的潜在优势。文中还评价了快速电渣重熔（ESRR）和电渣复合（ESCladding)等新技术。     

电渣重熔高速钢的研究

为了降低高速钢电渣重熔的电耗,通过采用两种不同电阻率的渣系进行电渣重熔W6MoSCr4V2实验,研究了渣系对W6MoSCr4V2的质量和重熔电耗的影响。结果证明：采用高电阻率的渣系,可以降低电耗、提高生产率和产品质量。     

电渣重熔高速钢的研究

为了降低高速钢电渣重熔的电耗,通过采用两种不同电阻率的渣系进行电渣重熔W6Mo5Cr4V2实验,研究了渣系对W6Mo5Cr4V2的质量和重熔电耗的影响.结果证明:采用高电阻率的渣系,可以降低电耗、提高生产率和产品质量.     

电渣冶金的最新进展

论述了电渣冶金的最新进展情况，简要介绍了导电结晶器、快速电渣重熔、洁净金属喷射成形以及可控气氛电渣冶金(包括真空电渣重熔、惰性气体保护下电渣重熔、高压下电渣重熔)等技术。这些技术在改善和消除传统电渣冶金工艺局限性的同时，进一步发挥了电渣冶金的优越性，使电渣冶金显示出了更强大的生命力和更宽广的应用前景。     

电渣冶金的回顾与展望

制备超纯优质金属材料的精细冶金不断地向前发展,近期电渣冶金的进展令人瞩目。高压电渣重熔（ＰＥＳＲ） ,真空电渣重熔（ＶａｒＥＳＲ） 使重熔金属质量达到高纯水平。电渣热封顶（ＥＳＨＴ） 生产巨型钢锭具有技术与经济上的潜在优势     

气体保护电渣重熔过程中电渣锭的洁净化控制

进一步提高电渣重熔过程钢的洁净度是提高最终钢材综合机械性能的关键环节之一.本文探讨了洁净钢电渣重熔过程的几个重要方面.降低钢中总氧和硫含量,减少钢中非金属夹杂物是洁净钢生产的重要任务.本文还介绍和讨论了电渣冶炼洁净钢过程中氧、硫和夹杂物控制的相关理论及最新研究结果.     

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...     

Electromagnetic stirring with alternating current during electroslag remelting

An alternating current (AC)-operated electromagnetic stirring (EMS) device, using line frequency, was designed and built to operate on a laboratory electroslag remelting (ESR) furnace for 150-mm-diameter ingots. Laboratory-scale experiments were conducted employing both 4340 alloy steel and INCONEL 718 alloy as electrode material. The initiation of stirring is accompanied by a thin strip of segregated material and favors the formation of spot segregation. Changes produced in the fluid flow conditions in the liquid pool ahead of the solidification front result in a transition from a highly directional columnar to an unoriented, branched structure. Except for small pockets of segregated liquid, the flow of molten metal does not penetrate into the mushy zone. Both electrode material and molten metal pool shape play an important role on the extent of promoting an equiaxed structure.     

氩气氛保护电渣重熔深脱氧实验研究

采用3000 kg级氩气氛保护电渣炉分别对H13钢(w[O]=45×10-6)进行气氛保护重熔和气氛保护加金属铝重熔.实验结果表明,不加金属铝的情况下,重熔钢中氧含量(质量分数)可降至18×10-6;加铝后重熔钢中氧含量可降至10×10-6;钢中各粒度级非金属夹杂物的数量随钢中氧含量的减少而减少,而重熔过程能够有效去除钢中大尺寸(>15μm)非金属夹杂物;不加金属铝重熔的钢中氧化物夹杂主要成分为SiO2-Al2O3,与原电极中氧化物夹杂相似,加金属铝重熔的钢中氧化物夹杂主要成分为Al2O3;最后对重熔前后钢中氧化物夹杂的变化进行了热力学分析.     

渐变式电压、电流电渣重熔工艺分析

为了研究渐变式电压、电流电渣重熔工艺对铸锭组织性能的影响,以45号钢为试验原料,采用低倍腐蚀、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸力学试验等手段,对比了传统电渣工艺与参数渐变工艺对铸锭凝固组织及性能的差异。结果发现,重熔阶段先逐步降低过程电压,待电压降到一定值后,再逐步降低电流,直至结束熔炼,可以减小铸锭柱状晶组织与铸锭轴线的夹角,使铸锭组织倾向于定向凝固,提高铸锭轴线方向的抗拉强度。此外,通过该工艺获得的凝固组织中铁素体量降低,珠光体中层片结构得到明显细化。     

国外电渣重熔概况及我国电渣重熔的发展方向

对国外电渣重熔现状进行了概述,并对我国电渣重熔的发展方向提出设想.     

电渣重熔轴承钢中的硅元素烧损的控制

以G20Cr2Ni4A轴承钢为研究对象,根据现场生产数据,对不同电极氧质量分数下的硅烧损、渣中不同SiO2质量分数下的硅烧损以及不同氩气流量下的硅烧损率进行了统计分析,研究了电渣重熔中不同保护气氛下以及不同工艺下对电渣锭硅质量分数的影响。结果表明：保护气氛电渣炉生产的电渣锭硅烧损小且成分均匀,当氧质量分数控制到0.001%下时,硅不易烧损;当采用非保护气氛冶炼G20Cr2Ni4A钢时,渣系中的SiO2质量分数在2%时能够保证硅的波动比较小,当采用保护气氛冶炼时,渣系中的SiO2质量分数在1%时对硅的控制效果良好;采用非保护气氛电渣炉,由于渣- 气界面传氧以及电极氧化增重的不断变化,硅的烧损也呈增大趋势。针对于厂内30 t保护气氛电渣炉,氩气流量增加到50 L/min时,生产的电渣锭成分均匀,经济性良好。     

电渣重熔中的脱氧热力学

 为了研究电渣重熔的脱氧制度,基于熔渣的离子分子共存理论,以模具钢和脱氧剂铝为研究对象,根据渣 金反应中各组元的质量守恒定律和热力学平衡定律,构建了电渣重熔中的脱氧热力学模型。模型结合试验得到了钢中各个合金元素的热力学平衡质量分数随脱氧剂铝添加量的变化关系,并依据模具钢的合金成分要求对脱氧剂铝的添加量进行了分析。结果表明,钢中硅、铝、锰和渣中氧化铝的平衡质量分数随着脱氧剂铝的增加呈升高的趋势,而渣中氧化硅、氧化铁、氧化锰呈降低趋势;考虑到模具钢中各个合金元素的成分要求,脱氧剂铝的添加量不宜超过1.7 kg/t(钢)。