用模鑄八角錠作為自耗電極生產(chǎn)H13鋼電渣重熔錠

趙明剛 王 磊 馮曉雪 張學(xué)美

(天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司，天津300301)

經(jīng)過50余年的發(fā)展，電渣冶金已顯示出強(qiáng)大的生命力，技術(shù)水平和生產(chǎn)能力正處于穩(wěn)定上升階段[1]。經(jīng)電渣重熔冶煉出的電渣錠相對電爐錠而言，在改善偏析、去除雜質(zhì)、提高綜合性能等方面有很大優(yōu)勢，故其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境下。

為保證電渣重熔過程的穩(wěn)定進(jìn)行，生產(chǎn)中所用的自耗電極多是經(jīng)鑄造、鍛造而得到的截面相等或差異較小的連鑄坯或鍛坯。國內(nèi)連鑄坯直徑一般不超過?600 mm，若將其作為自耗電極，填充比只有0.6，偏小，應(yīng)用后熔速偏，低噸鋼電耗過高。若將八角錠鍛成鍛坯，則增加了鍛造、退火等環(huán)節(jié)費(fèi)用，且生產(chǎn)周期加長。為降低生產(chǎn)成本且得到優(yōu)質(zhì)電渣錠，我廠通過調(diào)整冶煉工藝參數(shù)，使模鑄八角錠可直接作為電渣重熔用自耗電極。

1 電渣車間設(shè)備及自耗電極規(guī)格

1.1 設(shè)備

電渣車間1號爐于2010年5月建成，公稱冶煉電渣錠重量為10 t，結(jié)晶器規(guī)格為?1 050 mm/?1 000 mm×2 500 mm，變壓器容量為2 500 kVA，電壓調(diào)節(jié)范圍52 V～92 V，為有載有級調(diào)壓。

1.2 電極

車間試生產(chǎn)時(shí)曾以?650 mm、?700 mm鍛坯為自耗電極，這些電極坯料都是用5.0 t模鑄八角錠鍛成的圓坯。為降低生產(chǎn)成本，擬直接使用材質(zhì)為H13的5.0 t八角錠做電渣重熔用自耗電極。其規(guī)格為700 mm/750 mm×1 500 mm。

2 冶煉工藝

2.1 自耗電極

自耗電極化學(xué)成分見表1。電極經(jīng)噴砂處理后可將表面的銹蝕、氧化皮徹底清除，同時(shí)用吊掛砂輪將鋼錠的重皮、飛翅、夾渣等冶金缺陷清理掉。自耗電極需烘烤至500℃以上方可入爐冶煉。對于溫度高于500℃的電極余尾可不烘烤而直接冶煉。

表1 H13鋼自耗電極化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition of H13 steel consumable electrode(mass fraction, %)

2.2 輔助電極

使用空管做輔助電極。主要有以下三點(diǎn)好處：(1)較傳統(tǒng)的實(shí)心輔助電極而言，重量較輕，減少了支臂的承重，無形中提高了設(shè)備的壽命，同時(shí)便于操作；(2)增加了爐口電壓，使熔滴得到細(xì)化，提高了冶金質(zhì)量；(3)空管是軋管廠所生產(chǎn)的毛管，多數(shù)為廢品，供我廠使用可變廢為寶，降低生產(chǎn)成本。

2.3 渣系的選擇

考慮降低H13鋼中易氧化元素Si、V的燒損以及渣系的經(jīng)濟(jì)性，我廠在原ANF-6渣中添加了MgO。即選用以CaF2、Al2O3、MgO為組元的三元渣。

CaF2：選用高純度螢石。防止含有不穩(wěn)定的氧化物導(dǎo)致鋼中Si、V的燒損[2]；盡量降低渣料中的P、S含量以防止降低H13熱作磨具鋼的力學(xué)性能。

Al2O3：能明顯降低渣的電導(dǎo)率，減少電耗，提高生產(chǎn)率[3]。但其含量不宜過高，因?yàn)殡S著Al2O3含量的增加，將使渣的熔化溫度和粘度升高，并將降低渣的脫硫效果，另外重熔過程難以建立和控制。

MgO：電熔鎂砂，加入 MgO的目的在于提高熔渣的粘度。在熔渣表面形成一層半凝固膜，可防止渣池吸氧及防止渣中變價(jià)氧化物向金屬熔池傳遞氧，從而降低鑄錠中氧、氫、氮含量，同時(shí)這層凝固膜可減少渣表面向大氣輻射的熱損失[3]。

渣系的比例是在查閱了CaF2、Al2O3、MgO的相圖基礎(chǔ)上，選擇共晶成分點(diǎn)并結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而制定。

2.4 渣量的選擇

八角錠具有帽口端(見圖1)與錠尾端(見圖2)截面差異較大的特征。渣量偏小，在冶煉錠尾端時(shí)，由于填充比較小易造成埋深不夠而使冶煉過程不穩(wěn)定。渣量過大，在冶煉帽口端時(shí)，不易提升渣溫，降低鋼液的流動性，進(jìn)而造成三相區(qū)溫度過低，影響冶金質(zhì)量。為確保重熔過程的穩(wěn)定性及冶煉出優(yōu)質(zhì)電渣錠，本工藝結(jié)合自耗電極的外形尺寸、結(jié)晶器尺寸、渣系特征，確定采用中等渣量，以盡可能確保整個(gè)重熔過程的穩(wěn)定。

2.5 電力制度

因八角錠錠尾端與帽口端截面差異較大，若采用同一電力制度難以保證冶煉過程的穩(wěn)定，故按截面積大小將其分成五部分。第一支電極重熔時(shí)結(jié)晶器溫度低，必須采用高電壓、低電流使熔渣在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)恒定的溫度，以保證電渣錠底部有很好的表面質(zhì)量。在選定三元渣冶煉

圖1 5.0 t八角錠帽口端Figure 1 The riser end of 5.0 t octagon ingot

圖2 5.0 t八角錠錠尾端Figure 2 The bottom end of 5.0 t octagon ingot

H13鋼的情況下，按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算電壓：

V工作=0.5D結(jié)+B

式中D結(jié)——結(jié)晶器的平均直徑，單位為cm；

V工作——工作電壓，單位為V；

B——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其值在27～37之間波動。

其中，內(nèi)結(jié)晶器的規(guī)格為?1 050 mm/?1 000 mm×2 500 mm，因此結(jié)晶器的平均直徑為102.5 cm，代入上式得：V工作=(78.25～88.25)V。

為迅速提升渣溫，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果及我公司設(shè)備情況，在考慮壓降及供電系統(tǒng)的情況下，最終將坯料入爐電壓確定為92 V。冶煉過程中根據(jù)五種自耗電極截面積的大小配以不同的電力制度。電力制度遵循截面積小，則電流密度稍大的規(guī)律，同時(shí)電壓大些，以利于三相區(qū)有足夠的溫度，保證電渣錠的表面質(zhì)量。同時(shí)冶煉過程中每5 min觀察一次爐況，以便于及時(shí)調(diào)整電力制度。

交換電極前后加大電壓，以提高渣池溫度，保證電渣錠的質(zhì)量。冶煉末期，距電渣錠工藝高度300 mm降低電壓和電流以利于順利過渡到補(bǔ)縮階段。同時(shí)，減少冶煉末期由于渣溫過高而導(dǎo)致熔速過快引起的鋼錠偏析。補(bǔ)縮時(shí)間90 min，根據(jù)八角錠截面積大小將工藝補(bǔ)縮時(shí)間控制在±10 min。

2.6 脫氧劑

為降低H13鋼中Si和V的燒損，在冶煉過程中加入鋁粉作為脫氧劑。重熔過程中加入鋁粉不僅有利于脫氧，而且有利于各元素結(jié)晶時(shí)的軸向均勻化。

每噸鋼中鋁粉的加入量是3.5 kg，平均熔化速度按800 kg/h計(jì)算，則每小時(shí)加入280 g鋁粉，按每15 min加入一次則每次加入70 g。為保證加入鋁粉的準(zhǔn)確性，用特制的取樣勺取鋁粉。

3 冶煉效果

3.1 化學(xué)成分

對三支電渣重熔錠進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表2。

3.2 超聲波探傷

對電渣錠按照INNSE154標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探傷，探傷結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 H13電渣錠化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 The chemical composition of H13 ingot(mass fraction, %)

4 結(jié)論

(1)H13鋼電渣重熔錠純潔度高，成分均勻，組織致密，表面光滑。

(2)根據(jù)截面積大小調(diào)整電力制度可以將5.0 t八角錠直接作為自耗電極冶煉成優(yōu)質(zhì)電渣錠，且熔煉過程穩(wěn)定。

(3)采用毛管做輔助電極，可降低生產(chǎn)成本。

[1] 李正邦.電渣冶金與電渣熔鑄在中國的發(fā)展[J].鑄造，2004(11):855-861.

[2] 劉志勇，等.0Cr18Ni10Ti鋼電渣工藝探討.大型鑄鍛件，2004(4)：9-10.

[3] 李正邦.電渣冶金的理論與實(shí)踐.第一版.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.