高Cr高Mn钢电渣锭渣沟产生的原因及消除措施
李建军;闫咏春
【摘 要】分析了电渣重熔、高Cr、高Mn钢时渣沟产生的原因,从熔渣熔点、组成及冶炼工艺方面进行了论述,认为产生渣沟的原因是熔渣熔点较高、冶炼时功率降低过快所致.通过选择低熔点的渣系、逐级降低冶炼功率,消除了渣沟,取得了满意的效果. 【期刊名称】《山西冶金》
【年(卷),期】2017(040)001
【总页数】3页(P37-39)
【关键词】电渣重熔;高Cr;高Mn钢;渣沟;低熔点的渣系
【作 者】李建军;闫咏春
【作者单位】山西太钢不锈钢股份有限公司,山西太原030003;山西太钢不锈钢股份有限公司,山西太原030003
【正文语种】中 文
【中图分类】TF141
电渣重熔是一种常见的特种冶金方法，该方法可使钢纯洁度提高、偏析减小、组织致密，通常用于生产对纯净度要求较高、成分要求均匀、探伤要求较严的钢种。与真空自耗冶炼相比，由于电渣锭表面有一层渣皮，通常电渣锭表面较光滑，在后续的轧制和锻造过程前不需要进行任何机加工，可直接轧制和锻造，很好地满足了产品的需要。但如果在生产时渣系选择不合理、工艺制度控制未按照要求进行，有时会出现渣沟（俗名搓板），影响钢锭的使用。
l8701.1 试验设备
本次试验采用非保护气氛电渣炉生产，设备公称容量为5 t，结晶器和自耗电极的规格见表1。
熔渣组成质量比：m（萤石）∶m（氧化铝）=7∶3；渣量尾210 kg。
1.2 重熔工艺相声flash
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电渣过程工艺以熔速控制为主，功率控制为辅的方法，具体内容见表2。
1.3 自耗电极成分
自耗电极为高Cr、高Mn无磁钢（见表3），表面质量较好。
按照以上工艺电渣后在钢锭表面出现渣沟（见表1），为利用该材料，对表面进行了车铣，去掉表面后里面有较深的裂纹，裂纹之间有白粉末，结果深度较深，最深处达到10 cm（见图1、图2）
渣沟的出现增加了机加工的工作量，破坏了金属基体的连续性，致使材料的利用率降低，必须予以消除。
电渣重熔过程中，液渣与结晶器内壁铜板直接接触，由于结晶器壁温度较低，液渣中高熔点相（如Al2O3）及低熔点相（如CaF2）依次快速析出，形成初始渣皮，在此环节，过冷度越大，形成Al2O3层及CaF2层将会越厚；随着熔炼的进行，金属熔池液位逐渐上升，上升熔池会对初始渣皮形成“冲刷”，由于熔池温度一般为1 500～1 650℃，高于熔渣的凝固点（熔渣的凝固点为1 300～1 400℃）。在此过程中，会重新熔化已经凝固的低熔点相， 沙芦草并减薄高熔点相。熔池温度越高，即输入功率越大，对初始渣皮冲刷越厉害，第一层高熔点相厚度就越薄[1]，一般而言，如果冶炼的金属完全凝固时（即达到固相线温度），此时熔渣仍旧有较好的流动性，则形成的钢锭表面光滑；如果金属的固相线温度与熔渣的固相线温度相差不大，就会导致不能均匀“冲刷”，表面会形成渣沟。
通常情况下，电渣重熔渣系以CaF2-Al2O3组分为主，本次使用的就是最常见的“三七渣系”，即w（Al2O3）=30%和w（CaF2）=70%，该渣系具有较好适当的熔点，较强的去除Al2O3夹杂的能力，在冶炼普通钢时得到广泛的使用。但该渣系有一个最大的缺点就是熔点较高（熔点为1 360～1 380℃），流动性较差（自由流动温度为1 385℃）。该渣系在冶炼低熔点钢时，会造成表面质量差的缺点。本次冶炼的高Cr、高Mn无磁钢经理论计算，液相线温度为1 405℃，固相线温度为1 360℃，固相线温度比三七渣温度自由流动温度和熔点均低，易造成表面缺陷。故渣系选择不合理是出现渣沟的一个重要原因。
另外，从照片可看出：渣沟出现在靠近底部300～500 mm处，最底部没有，再向上面也消失，从工艺角度看出，熔化2 h后，迅速降低熔速，渣池温度和熔池温度均出现大幅度下降[2]，渣池温度降低导致初始渣壳变厚，熔池温均降低致使后步的冲刷变得较难，因此，出现较深的渣沟，故工艺制度不合理是引起渣沟的另一个原因。
向渣中添加CaO、MgO等组元，均能降低熔渣熔点，为防止出现有害作用，需要对CaO、MgO在渣中产生的作用进行梳理，经查阅文献，CaO、MgO在渣中产生的作用见表4[3]。
由于需要降低钢中的S含量，对氧要求较低，故初步选择添加CaO，查阅了CaF2-Al2O3-CaO相图（见图3）。
深圳a股指数根据图3，选择CaF2-Al2O3-CaO为6∶2∶2（简称60F）和4∶3∶3（简称40F）的熔点均较低。为优选渣系，对这三种渣系进行了熔点测试，测试结果见表5。
由此可见，1号渣具有明显短渣的特点，2号渣和3号渣具有较明显长渣的特点。
根据钢在固相线温度时熔渣仍旧有较好的流动性，应选择40F渣系。
此外，选用的渣系中SiO2含量要低，而渣中FeO和P、S杂质也要尽可能少。规定w（SiO2）≤1%，w（FeO）≤0.6%，w（P+S）≤0.03%。
5.1 新渣制度
熔渣组成：m（萤石）∶m（氧化铝）∶m（石灰）= 4∶3∶3，渣量：210 kg。
5.2 重熔工艺
次冶炼采用功率控制与熔速控制相结合的方法，但以功率控制为主，熔速控制为辅，化渣结束后在初始阶段先采用小功率熔炼，然后逐渐增大，0.5 h后达到最高电压和最高电流后再分段逐渐降低功率至最小值。电渣生产工艺要求见表6。
本次采用逐级降低功率的方法，可防止在冶炼过程中渣池和熔池的温度急剧变化，可防止原始渣层突然增厚的情况出现。
按照新工艺试制后，冶炼过程控制平稳，钢锭表面光滑，没有出现明显的渣沟，钢锭锻造后成Φ190 mm圆钢后，探伤检验缺陷符合不大于Φ2 mm当量的要求。
1）在冶炼低熔点高Cr高Mn钢时电渣锭表面出现渣沟是由于选择的渣系熔点太高，冶炼过程功率降低过快所致。
2）通过选用低熔点的渣系，选择功率缓慢逐级降低的方法可消除渣沟。
【相关文献】
[1] 尧军平.电渣重熔锭ANF-6熔渣渣皮形成的分析[J].特殊钢，2004，25（2）：12-19.
[2] 邓鑫.电渣炉熔速控制技术的开发与应用[J].东北大学学报，2011，32（1）：6-10.
[3] 李正邦.冶金的理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，1996.
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