高Cr高M(jìn)n鋼電渣錠渣溝產(chǎn)生的原因及消除措施

李建軍， 閆詠春

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

試（實(shí)）驗(yàn)研究

高Cr高M(jìn)n鋼電渣錠渣溝產(chǎn)生的原因及消除措施

李建軍， 閆詠春

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

分析了電渣重熔、高Cr、高M(jìn)n鋼時(shí)渣溝產(chǎn)生的原因，從熔渣熔點(diǎn)、組成及冶煉工藝方面進(jìn)行了論述，認(rèn)為產(chǎn)生渣溝的原因是熔渣熔點(diǎn)較高、冶煉時(shí)功率降低過(guò)快所致。通過(guò)選擇低熔點(diǎn)的渣系、逐級(jí)降低冶煉功率，消除了渣溝，取得了滿意的效果。

電渣重熔 高Cr高M(jìn)n鋼 渣溝 低熔點(diǎn)的渣系

電渣重熔是一種常見(jiàn)的特種冶金方法，該方法可使鋼純潔度提高、偏析減小、組織致密，通常用于生產(chǎn)對(duì)純凈度要求較高、成分要求均勻、探傷要求較嚴(yán)的鋼種。與真空自耗冶煉相比，由于電渣錠表面有一層渣皮，通常電渣錠表面較光滑，在后續(xù)的軋制和鍛造過(guò)程前不需要進(jìn)行任何機(jī)加工，可直接軋制和鍛造，很好地滿足了產(chǎn)品的需要。但如果在生產(chǎn)時(shí)渣系選擇不合理、工藝制度控制未按照要求進(jìn)行，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)渣溝（俗名搓板），影響鋼錠的使用。

1 試驗(yàn)設(shè)備和工藝

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)采用非保護(hù)氣氛電渣爐生產(chǎn)，設(shè)備公稱(chēng)容量為5 t，結(jié)晶器和自耗電極的規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 結(jié)晶器和自耗電極的規(guī)格 mm

熔渣組成質(zhì)量比：m（螢石）∶m（氧化鋁）=7∶3；渣量尾210 kg。

1.2 重熔工藝

電渣過(guò)程工藝以熔速控制為主，功率控制為輔的方法，具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 電渣過(guò)程工藝

1.3 自耗電極成分

自耗電極為高Cr、高M(jìn)n無(wú)磁鋼（見(jiàn)表3），表面質(zhì)量較好。

表3 自耗電極的化學(xué)成分 %

2 試驗(yàn)結(jié)果

按照以上工藝電渣后在鋼錠表面出現(xiàn)渣溝（見(jiàn)表1），為利用該材料，對(duì)表面進(jìn)行了車(chē)銑，去掉表面后里面有較深的裂紋，裂紋之間有白色粉末，結(jié)果深度較深，最深處達(dá)到10 cm（見(jiàn)圖1、圖2）

圖1 渣溝照片

圖2 渣溝加工照片

渣溝的出現(xiàn)增加了機(jī)加工的工作量，破壞了金屬基體的連續(xù)性，致使材料的利用率降低，必須予以消除。

3 原因分析

電渣重熔過(guò)程中，液渣與結(jié)晶器內(nèi)壁銅板直接接觸，由于結(jié)晶器壁溫度較低，液渣中高熔點(diǎn)相（如Al2O3）及低熔點(diǎn)相（如CaF2）依次快速析出，形成初始渣皮，在此環(huán)節(jié)，過(guò)冷度越大，形成Al2O3層及CaF2層將會(huì)越厚；隨著熔煉的進(jìn)行，金屬熔池液位逐漸上升，上升熔池會(huì)對(duì)初始渣皮形成“沖刷”，由于熔池溫度一般為1 500～1 650℃，高于熔渣的凝固點(diǎn)（熔渣的凝固點(diǎn)為1 300～1 400℃）。在此過(guò)程中，會(huì)重新熔化已經(jīng)凝固的低熔點(diǎn)相，并減薄高熔點(diǎn)相。熔池溫度越高，即輸入功率越大，對(duì)初始渣皮沖刷越厲害，第一層高熔點(diǎn)相厚度就越薄[1]，一般而言，如果冶煉的金屬完全凝固時(shí)（即達(dá)到固相線溫度），此時(shí)熔渣仍舊有較好的流動(dòng)性，則形成的鋼錠表面光滑；如果金屬的固相線溫度與熔渣的固相線溫度相差不大，就會(huì)導(dǎo)致不能均勻“沖刷”，表面會(huì)形成渣溝。

通常情況下，電渣重熔渣系以CaF2-Al2O3組分為主，本次使用的就是最常見(jiàn)的“三七渣系”，即w（Al2O3）=30%和w（CaF2）=70%，該渣系具有較好適當(dāng)?shù)娜埸c(diǎn)，較強(qiáng)的去除Al2O3夾雜的能力，在冶煉普通鋼時(shí)得到廣泛的使用。但該渣系有一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是熔點(diǎn)較高（熔點(diǎn)為1 360～1 380℃），流動(dòng)性較差（自由流動(dòng)溫度為1 385℃）。該渣系在冶煉低熔點(diǎn)鋼時(shí)，會(huì)造成表面質(zhì)量差的缺點(diǎn)。本次冶煉的高Cr、高M(jìn)n無(wú)磁鋼經(jīng)理論計(jì)算，液相線溫度為1 405℃，固相線溫度為1 360℃，固相線溫度比三七渣溫度自由流動(dòng)溫度和熔點(diǎn)均低，易造成表面缺陷。故渣系選擇不合理是出現(xiàn)渣溝的一個(gè)重要原因。

另外，從照片可看出：渣溝出現(xiàn)在靠近底部300～500 mm處，最底部沒(méi)有，再向上面也消失，從工藝角度看出，熔化2 h后，迅速降低熔速，渣池溫度和熔池溫度均出現(xiàn)大幅度下降[2]，渣池溫度降低導(dǎo)致初始渣殼變厚，熔池溫均降低致使后步的沖刷變得較難，因此，出現(xiàn)較深的渣溝，故工藝制度不合理是引起渣溝的另一個(gè)原因。

4 選擇新渣系和新工藝

向渣中添加CaO、MgO等組元，均能降低熔渣熔點(diǎn)，為防止出現(xiàn)有害作用，需要對(duì)CaO、MgO在渣中產(chǎn)生的作用進(jìn)行梳理，經(jīng)查閱文獻(xiàn)，CaO、MgO在渣中產(chǎn)生的作用見(jiàn)表4[3]。

由于需要降低鋼中的S含量，對(duì)氧要求較低，故初步選擇添加CaO，查閱了CaF2-Al2O3-CaO相圖（見(jiàn)圖3）。

表4 不同組元加入CaF2-Al2O3產(chǎn)生的作用

根據(jù)圖3，選擇CaF2-Al2O3-CaO為6∶2∶2（簡(jiǎn)稱(chēng)60F）和4∶3∶3（簡(jiǎn)稱(chēng)40F）的熔點(diǎn)均較低。為優(yōu)選渣系，對(duì)這三種渣系進(jìn)行了熔點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

圖3 CaF2-Al2O3-CaO相圖

表5 各種渣系的熔點(diǎn) ℃

由此可見(jiàn)，1號(hào)渣具有明顯短渣的特點(diǎn)，2號(hào)渣和3號(hào)渣具有較明顯長(zhǎng)渣的特點(diǎn)。

根據(jù)鋼在固相線溫度時(shí)熔渣仍舊有較好的流動(dòng)性，應(yīng)選擇40F渣系。

此外，選用的渣系中SiO2含量要低，而渣中FeO和P、S雜質(zhì)也要盡可能少。規(guī)定w（SiO2）≤1%，w（FeO）≤0.6%，w（P+S）≤0.03%。

5 選擇新渣系和新工藝

5.1 新渣制度

熔渣組成：m（螢石）∶m（氧化鋁）∶m（石灰）= 4∶3∶3，渣量：210 kg。

5.2 重熔工藝

次冶煉采用功率控制與熔速控制相結(jié)合的方法，但以功率控制為主，熔速控制為輔，化渣結(jié)束后在初始階段先采用小功率熔煉，然后逐漸增大，0.5 h后達(dá)到最高電壓和最高電流后再分段逐漸降低功率至最小值。電渣生產(chǎn)工藝要求見(jiàn)表6。

表6 電渣工藝制度

本次采用逐級(jí)降低功率的方法，可防止在冶煉過(guò)程中渣池和熔池的溫度急劇變化，可防止原始渣層突然增厚的情況出現(xiàn)。

6 二次試制結(jié)果

按照新工藝試制后，冶煉過(guò)程控制平穩(wěn)，鋼錠表面光滑，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的渣溝，鋼錠鍛造后成Φ190 mm圓鋼后，探傷檢驗(yàn)缺陷符合不大于Φ2 mm當(dāng)量的要求。

7 結(jié)論

1）在冶煉低熔點(diǎn)高Cr高M(jìn)n鋼時(shí)電渣錠表面出現(xiàn)渣溝是由于選擇的渣系熔點(diǎn)太高，冶煉過(guò)程功率降低過(guò)快所致。

2）通過(guò)選用低熔點(diǎn)的渣系，選擇功率緩慢逐級(jí)降低的方法可消除渣溝。

[1] 堯軍平.電渣重熔錠ANF-6熔渣渣皮形成的分析[J].特殊鋼，2004，25（2）：12-19.

[2] 鄧鑫.電渣爐熔速控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（1）：6-10.

[3] 李正邦.冶金的理論與實(shí)踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

（編輯：苗運(yùn)平）

Causes and Elimination Measures of Electroslag Ingot and Slag Ditch in High-Cr and High-Mn Steel

Li Jianjun,Yan Yongchun
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003）

The reason about slag ditch produced when high Cr and high Mn steel in electroslag remelting process is analyzed.This paper discusses from the following parts:slag melting point,slag composition and smelting process. Results show that high slag melting point and smelting power reduction make the slag ditch produced,and slag ditch can eliminate by choosing low melting point slag and reducing smelting power step by step.The result is satisfactory.

electroslag remelting，high-Cr and high-Mn steel，slag ditch，low-melting point slag

TF141

A

1672-1152（2017）01-0037-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.16

2016-10-18

李建軍（1971—），男，山西代縣人，1992年畢業(yè)于武漢鋼鐵學(xué)院，碩士研究生學(xué)歷，高級(jí)工程師，目前在太鋼技術(shù)中心型材室工作，主要從事電渣和連鑄工藝研究。