提高不銹鋼重熔錠底部表面質(zhì)量的工藝探索

袁亞民，王新鵬

(1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所;2.洛陽雙瑞特種裝備有限公司，河南 洛陽 471000)

提高不銹鋼重熔錠底部表面質(zhì)量的工藝探索

袁亞民1，王新鵬2

(1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所;2.洛陽雙瑞特種裝備有限公司，河南 洛陽 471000)

我公司的鍛件產(chǎn)品大多采用“電爐+電渣重熔”生產(chǎn)鋼錠的工藝路線，生產(chǎn)不銹鋼重熔錠時(shí)，底部常產(chǎn)生夾渣和渣溝，這一問題困擾我們多年.本文介紹了這一問題的解決過程，希望能對(duì)我們技術(shù)人員提供一些借鑒.

電渣重熔;表面質(zhì)量;不銹鋼;重熔錠

電渣重熔(ESR)可以改善鋼錠的內(nèi)部組織，減少鋼中非金屬夾雜及雜質(zhì)，改善鋼的熱加工性能，提高鋼錠的加工成材率.合理制定重熔工藝，可以得到純潔度高、成分均勻、組織致密、表面光滑的鋼錠.我公司的鍛件產(chǎn)品大多采用電爐+電渣重熔生產(chǎn)鋼錠的工藝路線.而電渣錠表面質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到鋼錠的成材率.電渣錠尤其是不銹鋼電渣錠底部質(zhì)量不好(見圖1)是的常見的現(xiàn)象，本文著重介紹了提高不銹鋼重熔錠底部表面質(zhì)量的工藝探索過程.

1 電渣重熔原理

電渣重熔是通過自耗電極的熔化，使液滴穿過熔渣層而形成熔池，并在結(jié)晶器內(nèi)重新結(jié)晶凝固成鋼錠的.電渣重熔原理見圖2.

2 出現(xiàn)的問題

圖1 Incoloy825電渣重熔錠Fig.1 Incoloy825 electro slag remelting ingot

電渣錠尤其是不銹鋼電渣錠底部普遍質(zhì)量不好，以前多采用切除的辦法處理，就造成鋼錠成材率降低.生產(chǎn)Incoloy 825及0Cr18Ni10Ti時(shí)，由于材料成本較高，提高鋼錠成材率就變成一項(xiàng)重要任務(wù).Incoloy 825及0Cr18Ni10Ti重熔錠下部約150 mm范圍內(nèi)存在夾渣、渣溝，形成腰帶，表面打磨40 mm仍有夾渣，造成材料的浪費(fèi)和工作量的加大.

圖2 電渣重熔原理圖Fig.2 The picture of electro slag remelting principle

3 分析和討論

按有關(guān)資料和生產(chǎn)廠的解釋，重熔初期渣溫較低、流動(dòng)性差，由于強(qiáng)制水冷作用，鋼錠表面就會(huì)形成不均勻的厚渣殼，在隨后熔煉的過程中，金屬熔池溫度逐漸升高，使凝固的渣殼部分重新熔化，沒有完全熔化的形成局部薄渣殼，最終在鋼錠底部形成夾渣或渣溝.不銹鋼的熔點(diǎn)較低，和渣的熔點(diǎn)較接近，致使重熔初期渣溫較低.而重熔碳鋼和低合金鋼時(shí)，渣的熔點(diǎn)要高一些，重熔初期渣溫不會(huì)過低，較少出現(xiàn)厚渣殼，熔煉過程渣的流動(dòng)性好，渣皮薄，鋼錠表面就比不銹鋼的光滑.Incoloy825和0Cr18Ni10Ti都含 Ti，為避免 Ti的大量燒損，重熔初期不能采用高電壓，這就不能快速提高渣溫，更容易形成夾渣.我們挑選母材中Al、Ti含量高的做試驗(yàn)，重熔初期就采用高電壓，夾渣現(xiàn)象有少許改善但仍較嚴(yán)重.

電渣重熔整個(gè)過程大致按下列工序操作:加渣料—石墨電極化渣—交換電極—重熔—補(bǔ)縮—停電水冷—脫模.渣料為充分烘干的固態(tài)物質(zhì)，先將配比稱量好的渣料加到結(jié)晶器中，用石墨電極在電弧作用下將渣料化成液態(tài).此時(shí)爐口電壓約為60 V，電流約為8 000 A.渣料完全化成液態(tài)且達(dá)到一定溫度(約1 500℃)后將石墨電極移出結(jié)晶器，將金屬電極移入結(jié)晶器進(jìn)行重熔.

電渣重熔生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，重熔過程排出的氣體刺鼻且有毒(渣的主要成分為CaF2，會(huì)產(chǎn)生大量含氟氣體)，而且還屬于高電流(最高達(dá)12 kA)的帶電作業(yè)，操作人員多在操作間，很少在爐口附近作業(yè)和觀察.而作為技術(shù)人員如果想發(fā)現(xiàn)問題，必須冒一定的風(fēng)險(xiǎn)觀察一切細(xì)節(jié).通過趴在爐口，透過電極和結(jié)晶器之間的縫隙觀察，發(fā)現(xiàn)重熔中后期渣的流動(dòng)性較好，而重熔初期由于渣面離爐口較遠(yuǎn)，且初期電壓和電流不穩(wěn)，危險(xiǎn)性較大，不易進(jìn)行詳細(xì)的觀察.經(jīng)過多次冒險(xiǎn)查看，終于發(fā)現(xiàn)渣在重熔初期確實(shí)流動(dòng)性較差，翻滾明顯沒有中后期劇烈.更重要的是發(fā)現(xiàn)在結(jié)晶器壁上粘有渣料，隨著重熔的進(jìn)行，結(jié)晶器壁上粘的渣料有部分不會(huì)自行脫落.

化渣后渣的溫度達(dá)1 500℃以上，此時(shí)將室溫態(tài)的電極插入必然會(huì)造成渣的飛濺.由于結(jié)晶器內(nèi)空間狹小，并有強(qiáng)制水冷作用，液態(tài)渣凝結(jié)粘在結(jié)晶器壁上，不會(huì)順結(jié)晶器壁流下.隨著重熔的進(jìn)行，渣層上升到此位置后，由于重熔初期的渣溫較低，不足以將干渣完全化成液態(tài)，干渣最終被重熔金屬包裹在鋼錠底部形成夾渣或渣溝.

4 問題的解決

解決問題的關(guān)鍵是將結(jié)晶器壁上粘的干渣除凈.操作人員以前也知道會(huì)粘渣，但認(rèn)為粘渣會(huì)自行脫落或化掉;有時(shí)也搗渣，但由于有危險(xiǎn)，工人多是拿鐵棍沿結(jié)晶器壁隨意搗幾下，這樣不僅未能將粘渣去除干凈，反而給工人和技術(shù)人員造成搗渣對(duì)提高鋼錠底部表面質(zhì)量效果不明顯的印象.發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵后，我們制作了簡(jiǎn)易有效的搗渣工具，將角鋼按結(jié)晶器弧度彎制后焊在鐵棍上，重熔5 min后，斷電搗渣.工人最多只需沿結(jié)晶器一周搗4下即可將粘渣搗凈，而此時(shí)電極頭溫度已接近渣溫，再平穩(wěn)插入就不會(huì)引起飛濺和粘渣.按此方法操作后，鋼錠底部表面質(zhì)量得到明顯改善.

5 結(jié)論

結(jié)晶器粘渣是造成電渣錠底部表面產(chǎn)生夾渣和渣溝的主要原因，采用特殊工具將粘渣去除干凈，再配以平穩(wěn)的供電制度，可以使鋼錠底部表面質(zhì)量得到明顯改善，提高鋼錠的成材率.

［1］李正邦.鋼鐵冶金前沿技術(shù)［M］.1997.

［2］李正邦.電渣熔鑄理論與實(shí)踐［M］.高新技術(shù)應(yīng)用出版社，1996.

［3］殷秀文.電渣重熔含Ti鋼種Ti的燒損［J］.特鋼技術(shù)，2001，2.

Research on improving the bottom surface quality of stainless steel ESR ingot

YUAN Ya-min，WANG Xin-peng

(Luoyang Ship Material Research Institute Luoyang Sunrui Special Equipmient Co.，Ltd.Luoyang 471000，China)

The forging products are mostly manufactured utilizing the stainless steel ingots which are produced through the Electric Arc Furnace and ESR method.The slag groove and inclusion always come into being on the surface of stainless steel electroslag remelting ingots，and the problem puzzled us for many years.The process of resolving the above mentioned problem is analyzed in the article，which may provide some reference for technical staff.

electoslag remelting;surface quality;stainless steel;remelting ingot

TF 142

A

1671-6620(2011)S1-0050-02

2010-10-15.

袁亞民 (1972—)男，河南洛陽人，高級(jí)工程師，E－mail:yanfa01@yahoo.com.cn.