GH4169合金钢电渣重熔精炼渣及其用于对GH4169合金钢进行电渣重熔的方法

技术领域

本发明属于黑金属材料电冶金技术领域，涉及电冶金技术领域，具体涉及GH4169合 金钢电渣重熔精炼渣及其用于对GH4169合金钢进行电渣重熔的方法。

背景技术

“想要炼好钢，必须炼好渣”不仅说明了炉渣与钢质量的关系，也指明了炉渣对钢质量 的影响关系和炉渣质量的重要性。电渣重熔用渣是决定重熔钢及合金质量的关键因素之 一，电渣冶金渣系、配比和渣量的选择对电渣钢的冶金质量、熔炼技术经济指标以及环境 保护具有重大意义。因此，合理的选择渣系，确定渣成分配比和渣量极为重要。

在电渣重熔过程中，主要依靠熔渣达到清除钢中夹杂物和其它有害杂质的作用，适当 的渣量还可以减少合金元素的烧损，电渣锭表面质量的好坏也与渣的熔点有密切关系，熔 渣的导电率是影响重熔速度和电渣过程稳定性的重要因素，所以选用适当的渣系是关系电 渣重熔优劣的首要任务。GH4169合金钢是以体心四方的γ”和面心立方的γ’相沉淀强化的 镍基高温合金，现有技术中使用的GH4169合金钢重熔渣在电渣重熔过程中使GH4169合 金钢中的铝钛元素容易烧损，且制得的钢锭表面光洁度不好，有害元素及夹杂物的去除效 果较弱，因此存在一定的不足之处。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供GH4169合金 钢电渣重熔精炼渣及其用于对GH4169合金钢进行电渣重熔的方法，使该精炼渣具有低熔 点、低粘度、高比电阻、高温液态下透气性较小的特点，采用该精炼渣能够对GH4169合 金钢进行稳定的电渣重熔，使重熔过程中铝钛元素烧损少，得到的GH4169合金钢锭表面 光洁，成分合格。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种GH4169合金钢电渣重熔精 炼渣，包括如下重量份的组分：60～70份CaF₂、15～20份Al₂O₃、5～15份CaO、3～6份MgO 和4～8份TiO₂。

因渣系直接影响到电渣重熔过程的稳定和电渣重熔GH4169产品的质量，故针对 GH4169合金钢产品的性质，选择的GH4169合金钢渣系应满足如下原则：a.较低的熔点和 粘度，良好的流动性，但沸点要高于渣池温度，熔点要低于重熔金属熔点；b.有适当的导 电性，较高的比电阻，保证电渣重熔过程的稳定和提高重熔所需热量；c.严格控制不稳定 氧化物及变价氧化物的含量，特别要保证对Al、Ti进行严格控制；d.高温液态下透气性较 小，防止大气进入金属熔池。

根据上述原则，本发明设计出针对GH4169合金钢的重熔精炼渣，该精炼渣中使用 60～70重量份CaF₂降低熔渣的熔点、黏度，使熔渣有良好的流动性，提高渣系的电导率， 降低渣系的表面张力，有利于GH4169合金钢电渣重熔过程去S和去除夹杂物；为了提高 渣系的电阻，降低熔渣的透气性，提高钢-渣之间的界面张力，降低夹杂物—熔渣之间的界 面张力，有利于熔渣吸附GH4169合金钢中夹杂物，且兼顾降低熔渣电导率，提高电渣过 程的稳定性，并提高渣池温度，提高生产率，本发明熔渣中加入Al₂O₃，在考虑到随着Al₂O₃的增加，熔渣的熔化温度和黏度会升高，会降低渣的脱硫效果，另外会使重熔过程难以建 立和稳定的基础上，本发明还通过研究发现当选用15～20重量份的Al₂O₃时效果最好；为 了增大熔炼渣的碱度，保证熔渣有足够的还原性，提高脱硫能力，本发明精炼渣中添加了 CaO，加入的CaO与其它组分相配伍还带来了提高渣系的电阻、降低电导率、提高熔渣温 度、降低渣的熔点、改善渣的流动性的作用，但考虑到Ca0吸水性强，易带入氢和氧，造 成钢的增氧、增氢，因此本发明只5～15重量份CaO；本发明精炼渣中添加的MgO与其它 成分相配伍可提高渣系电阻，有利于稳定电渣过程，提高渣池温度，添加的MgO会在渣 池表面形成一层半凝固膜，防止渣池吸氧及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧，从 而使重熔得到的钢锭中氧、氢、氮含量降低，同时这层凝固膜可减少渣表面向大气辐射的 热损失，保证重熔中渣系热量稳定，但考虑到加入少量加入MgO可提高渣系的流动性， 但若加入量超过13％反而使熔渣的黏度增强，故本发明添加3～6重量份MgO；为了防止 GH4169中钛元素的烧损，本发明重熔精炼渣中添加了TiO₂，从钢—渣之间的物化平衡角 度出发，以减少金属中Ti烧损后变为渣相的TiO₂，可以抑制钢中钛的烧损，但TiO₂是变 价氧化物，如果控制不当，它除在渣中的物化平衡作用减少Ti烧损的有利作用外，还对供 氧和传递氧存在有害作用，故本发明通过创造性研究最终确定加入4～8重量份TiO₂。

作为优化，所述GH4169合金钢电渣重熔精炼渣，包括如下重量份的组分：65份CaF₂、 15份Al₂O₃、12份CaO、3份MgO和5份TiO₂。选择这样优选配方的精炼渣，高温液态 下透气性更小，得到的GH4169合金钢锭表面更加光洁，成分更均匀。

本发明还提供了采用上述GH4169合金钢电渣重熔精炼渣对GH4169合金钢进行电渣 重熔的方法，包括如下步骤：

1)将上述GH4169合金钢重熔精炼渣于750～800℃下烘烤7～9小时；

2)以GH4169合金钢作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，向所述电渣重熔炉的结晶器 中加入步骤1)烘烤好的所述重熔精炼渣，并加入铝粉和钛铁粉，设置电压55～58V、电流 2500～3000A通电起弧，建立渣池；其中，铝粉、钛铁粉和所述重熔精炼渣的质量比为 10～13:8～10:100；

3)步骤2)渣池建立后，调节电压47～49V、电流5300～5500A，在惰性气体保护下对 所述自耗电极进行重熔冶炼，熔炼过程中每3～6分钟加入铝粉3～5g、钛铁粉2～3g，直 至冶炼结束。

采用这样的方法进行电渣重熔，首先因使用的重熔精炼渣具有低熔点、低粘度、良好 的流动性、适当的导电性、高比电阻、不稳定氧化物及变价氧化物含量少、高温液态下透 气性较小、防止合金钢中钛元素烧损的特点，能够保证电渣重熔过程的稳定，使制得的钢 锭产品质量好；其次，本发明造渣过程中还加入了铝粉和钛铁粉，保证了渣池的还原性， 并设置高电压、低电流迅速化渣，尽快建立渣池，提高了熔炼效率，GH4169合金钢自耗 电极重熔冶炼过程中控制电压47～49V、电流5300～5500A，使合金钢熔速稳定，得到的合 金锭性能更佳。

作为优化，步骤2)中电压57V、电流2700A。选择这样的高电压、低电流化渣迅速， 渣池建立快。

作为优化，步骤2)中铝粉、钛铁粉和所述重熔精炼渣的质量比为11:8:100。这样， 可以保证渣池具有更好的还原性，金属电极中的Al、Ti收得更好。

作为优化，步骤3)中设置电压48V、电流5450A。这样熔炼过程平稳，能使电流波 动控制在100A以内，更加有利于金属熔池的稳定。

作为优化，步骤3)中，正常熔炼期每4分钟加入铝粉4g、钛铁粉3g。这样可以保证 渣池具有更好的还原性，在熔炼过程中进一步保证Al、Ti有更好的收得。

作为优化，步骤3)在冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器进出水温差8～12℃、 控制结晶器出水温度在35～40℃。这样控制结晶器冷却水温度，金属溶液有好的结晶条件， 可以加快金属熔液的凝固结晶。

作为优化，步骤3)中，控制电渣重熔炉的结晶器进出水温差为9℃、结晶器出水温 度在38℃。选择这样的结晶条件，金属溶液的凝固结晶效果更好，更有利于金属内部组织。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明GH4169合金钢电渣重熔精炼渣导电性适宜、熔点和粘度较低，能够保证 GH4169合金钢重熔过程的稳定，使电熔得到的钢锭表面光洁，该渣在高温液态下透气性 较小，能够阻止氧气进入金属熔池，保证铝钛元素不被烧损，铝钛元素收得好，且该渣密 度大，有效增加钢—渣接触时间，能有效吸收或去除GH4169合金中S、P、Pb、Sb、Bi、 Sn等有害元素及其它夹杂物，获得成分合格的重熔钢锭。

2、采用本发明方法对GH4169合金钢进行电渣重熔，应用所述重熔精炼渣具有的低熔 点、低粘度、良好的流动性、适当的导电性、高比电阻、不稳定氧化物及变价氧化物含量 少、高温液态下透气性较小、防止合金钢中钛元素烧损特点，并在重熔过程中加入铝粉和 钛铁粉保证渣池还原性，通过控制电压、电流和结晶器进出水温度控制自耗电极的熔化和 钢锭的泠凝速度，最后使制得的钢锭成分合格，夹杂物达到标准要求，头尾部成分含量基 本一致，均匀性好。

3、本发明精炼重熔渣组分原料价格低廉，易于获得，配制过程简单，采用该重熔渣 对GH4169合金钢进行电渣重熔方法简单，易于操作，具有良好的市场应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提 下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发 明的保护范围不限于以下的实施例。

下述实施例均采用真空感应炉冶炼GH4169钢(成分见下表1)浇注成∮150mm电极 棒，电极棒表面经砂磨处理；实施例中使用的电渣量均为18kg，最后熔炼制成∮260mm 的GH4169钢锭。

表1GH4169钢自耗电极坯成分(.wt％)

实施例1

一种GH4169合金钢电渣重熔精炼渣，包括如下重量份的组分：65份CaF₂、15份Al₂O₃、 12份CaO、3份MgO和5份TiO₂。

采用上述电渣重熔精炼渣对GH4169合金钢进行电渣重熔的方法，包括如下步骤：

1)按照本实施例所述配方配制重熔精炼渣，将所述重熔精炼渣于800℃下烘烤7小时；

2)以GH4169合金钢作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，向所述电渣重熔炉的结晶器 中加入步骤1)烘烤好的所述重熔精炼渣，并加入铝粉和钛铁粉，设置电压58V、电流2500A 通电起弧，建立渣池；其中，铝粉、钛铁粉和所述重熔精炼渣的质量比为10:10:100；

3)步骤2)渣池建立后，调节电压47V、电流5500A，在惰性气体保护下对所述自耗 电极进行重熔冶炼，进入正常熔炼期后每5分钟加入铝粉5g、钛铁粉2g，直至冶炼结束， 冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器进出水温差8℃、控制结晶器出水温度在40℃。

采用上述方法电渣重熔过程稳定，重熔冶炼得到的GH4169合金钢锭表面光洁，取钢 锭头尾样进行检测，检测结果如下表2所示，由表2可以看出得到的钢锭成分合格、夹杂 物达到标准要求，具有良好的品质。

表2实施例1钢锭头尾取样结果(.wt％)

实施例2

一种GH4169合金钢电渣重熔精炼渣，包括如下重量份的组分：60份CaF₂、20份Al₂O₃、 10份CaO、5份MgO和5份TiO₂。

采用上述电渣重熔精炼渣对GH4169合金钢进行电渣重熔的方法，包括如下步骤：

1)按照本实施例所述配方配制重熔精炼渣，将所述重熔精炼渣于750℃下烘烤9小时；

2)以GH4169合金钢作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，向所述电渣重熔炉的结晶器 中加入步骤1)烘烤好的所述重熔精炼渣，并加入铝粉和钛铁粉，设置电压57V、电流2700A 通电起弧，建立渣池；其中，铝粉、钛铁粉和所述重熔精炼渣的质量比为11:8:100；

3)步骤2)渣池建立后，调节电压48V、电流5450A，在惰性氮气气体保护下对所述 自耗电极进行重熔冶炼，进入正常熔炼期后每4分钟加入铝粉4g、钛铁粉3g，直至冶炼 结束，冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器进出水温差9℃、控制结晶器出水温度在 38℃。

采用上述方法电渣重熔过程稳定，重熔冶炼得到的GH4169合金钢锭表面光洁，取钢 锭头尾样进行检测，检测结果如下表3所示，由表3可以看出得到的钢锭成分合格、夹杂 物达到标准要求，具有良好的品质。

表3实施例2钢锭头尾取样结果(.wt％)

实施例3

一种GH4169合金钢电渣重熔精炼渣，包括如下重量份的组分：70份CaF₂、15份Al₂O₃、 5份CaO、6份MgO和4份TiO₂。

采用上述电渣重熔精炼渣对GH4169合金钢进行电渣重熔的方法，包括如下步骤：

1)按照本实施例所述配方配制重熔精炼渣，将所述重熔精炼渣于750℃下烘烤8小时；

2)以GH4169合金钢作为自耗电极，装配好电渣重熔炉，向所述电渣重熔炉的结晶器 中加入步骤1)烘烤好的所述重熔精炼渣，并加入铝粉和钛铁粉，设置电压55V、电流3000A 通电起弧，建立渣池；其中，铝粉、钛铁粉和所述重熔精炼渣的质量比为13:10:100；

3)步骤2)渣池建立后，调节电压49V、电流5300A，在惰性气体保护下对所述自耗 电极进行重熔冶炼，进入正常熔炼期后每6分钟加入铝粉3g、钛铁粉3g，直至冶炼结束， 冶炼过程中控制所述电渣重熔炉的结晶器进出水温差12℃、控制结晶器出水温度在40℃。

采用上述方法电渣重熔过程稳定，重熔冶炼得到的GH4169合金钢锭表面光洁，取钢 锭头尾样进行检测，检测结果如下表4所示，由表4可以看出得到的钢锭成分合格、夹杂 物达到标准要求，具有良好的品质。

表4实施例3钢锭头尾取样结果(.wt％)

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实 施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。