專利名稱：一種電渣重熔的低氫控制方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域，具體涉及一種電渣重熔的低氫控制方法。
背景技術：
重大型裝備的高參數、大容量的發展，使得大鍛件的尺寸、噸位越來越大，并且鍛件質量性能要求越來越高。鍛件越大，質量要求越高，同時鍛件報廢的風險也就越大。鋼錠的冶金質量是獲得大鍛件的基礎和先決條件，在大鍛件生產中起關鍵性作用。鋼錠的生產通常分為兩步，即熔煉和澆鑄。而電渣重熔則把熔煉和澆鑄兩道工序合二為一，在同一個金屬模內，兩道工序同時進行，同時完成，而且錠模是強制水冷。電渣重熔過程中，金屬在渣池中以薄膜形式微量熔化，渣/鋼反應接觸面大，渣溫高，渣池活躍，金屬受到熔渣強烈有效的精煉凈化。在重熔和鑄錠的同時進行過程中，鋼水始終不接觸耐火材料，不接觸空氣，免受耐火材料污染和二次氧化。特別是，電渣錠凝固不是通常的自然冷卻，而是在強制水冷的 很陡的溫度梯度條件下進行，具有定向漸進結晶特點。這樣，電渣重熔既從內部創造了精煉凈化金屬的良好條件，又從外部杜絕了夾雜物的來源，尤其是具有對于結晶至關重要的優越的冷卻條件，還把熔煉和鑄錠兩道工序合二為一，始終不接觸耐火材料。生產實踐證明
(1)電渣重熔的強烈精煉凈化作用和可控快速凝固功能，為解決當今世界大鋼錠的“純凈度”和“均勻性”兩大冶金質量難題，提供了將兩者緊密結合的最佳條件，使電渣錠質地純凈夾雜物少且細小彌散，成分均勻偏析度小，組織致密無疏松縮孔等凝固缺陷，具有優異的冶金質量；
(2)用電渣錠生產大鍛件，不但鍛壓火次少，熱處理簡化，而且廢品率極低。一個大鍛件價值數百萬乃至數千萬元，大鍛件通常都是單件生產，廢品率的稍微下降就會產生重大的經濟效益；
(3)用電渣錠生產大鍛件，鋼錠利用率高所用鋼錠重量小，一個要用600t電爐錠來鍛造的鍛件，用電渣錠400t就綽綽有余。這種高利用率的材料節省不但產生重大的經濟效益，而且廠房基礎、車間規模、起重運輸和鍛壓設備容量都大大減小；
(4)設備簡單，投資很少，工藝靈活，適應性、可控性強，操作易于掌握，質量可靠性高，經濟合理有效。因此，電渣重熔作為當今世界獲得大鍛件用優質大型鋼錠比較理想的方法，已受到業界前所未有的重視和推崇。但是，由于電渣重熔是在大氣條件下進行，即使用低氫含量的電極重熔也難保證電渣錠獲得低氫，特別是，當氣候潮濕進行重熔生產時，氫的問題更加嚴重。氫是大鍛件中極有害的氣體，特別是對于大斷面的實心鍛件，如轉子和軋輥等，要求其中的氫含量不允許超過2X10-6 ;當氫含量達到(5-7) X 10-6時，就得進行3000小時甚至更長時間的擴氫退火處理。這既要占用熱處理設備好幾個月，還要耗油數百噸，造成生產周期很長，耗資數百萬元，這種不經濟性嚴重地影響到電渣鋼大鍛件的質量、成本和競爭力。

發明內容
本發明的目的是解決目前電渣重熔過程鋼中氫過量而導致嚴重影響大型鋼錠生產的問題，提供一種電渣重熔的低氫控制方法，采用本發明的低氫控制方法，可以有效的將含氫量控制在標準范圍內，省去現有電渣重熔的后期擴氫退火處理，節省了成本，提高了企業競爭力。為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現一種電渣重熔的低氫控制方法，所述電渣重熔所采用的渣系的各組分按重量百分比分別為BaO 6-10%, CaO11-22%, Al2O3 20-30%, SiO2 16_22%，余量為BaF2 ;所述電渣重熔過程中所用爐氣是濕度為1.9-2. 3g/m3的干燥空氣。 氫是大鍛件中極有害的氣體，特別是對于大斷面的實心鍛件，如轉子和軋輥等，要求其中的氫含量不允許超過2 X 10_6。電渣重熔過程中，氣/渣/鋼三相間進行著一系列冶金反應和物質交換。本發明通過氣/渣/鋼三相系統控制氫的概念，來保持電渣錠中的氫不超過2X10'電渣重熔過程中，爐氣中的水汽和爐渣中的氧離子發生反應以氫氧根離子的形式溶入渣中，使渣池增氫，進而導致金屬熔池增氫
H20(g)+ (02_) — 2 (0H-)
2(0H-) + (Fe2 + ) — 2 [H] +2
+ [Fe]
本發明首先是通過改變渣系組分，來控制02_的濃度，控制H的生成，從而達到降氫的目的，本發明的渣系中，通過添加BaO降低了 CaO的濃度，減少CaO的分解造成的O2的增加，從而達到降低氫含量的目的。其次，發明人根據20多年的研究發現，在一定的熔煉條件下，渣池和金屬熔池之間的氫含量保持著一定的相依關系，使電渣錠金屬熔池中的氫始終保持不超過2X10—6的渣池中的氫有一臨界值，即保證電渣錠金屬熔池中的氫始終不超過2X10_6的渣池中氫的最大值。這就是重熔過程中渣中氫的允許值。發明人對多年渣/鋼氫含量生產數據進行研究分析發現，渣池與金屬熔池的氫含量之比為一常數，且大約為6. 5。這就是說，渣池中的氫含量在熔煉全過程必須保證不超過13X 10_6，最高也應在15X 10_6以下，這就為重熔過程中渣池氫含量的控制提出了標準，發明人通過10多年的對比研究和統計分析，終于找到了保持渣池氫不超過13X 10_6的臨界值，也就是爐氣濕度的最大允許值，這個值為2. 3g/m3,當超過這個臨界值時，金屬熔池中的氫就會超過2X 10_6這一最大允許值，從而導致產品中氫含量過高影響性能，而當爐氣濕度過小時，會不利于鐵的還原反應，所以以1.9-2. 3g/m3的空氣濕度進行控制比較合適。另外，本發明從鋼相出發，通過控制FeO的含量為一臨界值下，達到低氫的目的。BaF2進打脫硫具有良好效果。作為優選，電渣重熔過程的脫氧劑為鋁和錳的混合物，鋁與錳的質量比為I :0. 58-0. 75，鋁的加入量為每噸電渣0. 6-1. 2kg，鋁和錳的混合物的加入方法為每5_8分鐘添加一次，初期每次的添加量為每噸電渣20-30g，0. 5小時后每次的添加量為每噸電渣35-50go鋁是優良的脫氧劑，錳的脫氧效果雖然較弱，但是卻在I :0. 58-0. 75這個配比范圍內能夠最大限度地增強鋁的脫氧能力，從而提高脫氧效果。鋁和錳的混合物通過分批次添加，能夠使得脫氧劑達到充分分散，從而與渣系鐵礦石充分接觸，進而提高利用率。作為優選，電渣重熔過程中通過脫氧控制FeO含量彡0. 4%。FeO含量為0. 4%是一個從鋼相控制低氫達到標準的臨界值，當FeO含量超過這個臨界值時，還原反應會反應增加，從而生成更多的H導致金屬熔池中的氫含量增加超過標準值，只有在嚴格控制FeO含量(0. 4%才能確保低氫度。作為優選，所述電渣在預熔渣過程中的電壓為50-80V，電流為5-20A，冶煉時間為
I 2h。作為優選，所述電渣重熔過程中的電壓為70-100V，電流為15-32A。作為優選，所述渣系的各組分在使用前于1000-1100°C下干燥3_5h。干燥能夠降低渣系中的水含量。
通過采用上述一種電渣重熔的低氫控制方法的技術方案，使得渣系具備了低氫的滲透性能，并控制爐氣的含水率，從而使制備得到的產品的含氫含量較低，為大型鋼錠的生產提供了先決條件。本發明的有益效果是，通過從氣/渣/鋼三相系統控制氫的含量，使得金屬熔池中的氫!始終不超過2 X 10 6，從而為制備低成本的聞規格、聞新能的大型鋼件提供了基本條件，通過本發明方法生產的產品不用再經過擴氫退火處理，進而節約了成本。
具體實施例方式實施例I
一種電渣重熔的低氫控制方法，電渣重熔所采用的渣系的各組分按重量百分比分別為BaO 6%, CaO 22%, Al2O3 24%, SiO2 16%，余量為BaF2 ;電渣在使用前在1000°C下充分干燥3h，電渣重熔過程中所用爐氣是濕度為I. 9g/m3的空氣。在預熔渣過程中的電壓為50V，電流為15A，冶煉時間為I. 5h,電渣重熔過程中的電壓為100V，電流為15A。電渣重熔過程中通過熔渣脫氧控制FeO含量< 0. 4%。電渣重熔過程的脫氧劑為鋁和錳的混合物，鋁與錳的質量比為1:0. 58，鋁的加入量為每噸電渣0. 6kg，鋁和錳的混合物的加入方法為每5分鐘添加一次，初期每次的添加量為每噸電渣20g，0. 5小時后每次的添加量為每噸電洛35g。實施例2
一種電渣重熔的低氫控制方法，電渣重熔所采用的渣系的各組分按重量百分比分別為BaO 10%, CaO 11%，Al2O3 30%, SiO2 18%，余量為BaF2 ;電渣在使用前在1100°C下充分干燥5h，電渣重熔過程中所用爐氣是濕度為2. 3g/m3的空氣。在預熔渣過程中的電壓為80V，電流為5A，冶煉時間為lh，電渣重熔過程中的電壓為70V，電流為32A。電渣重熔過程中通過熔渣脫氧控制FeO含量< 0. 4%。電渣重熔過程的脫氧劑為鋁和錳的混合物，鋁與錳的質量比為1:0. 75，鋁的加入量為每噸電渣1kg，鋁和錳的混合物的加入方法為每6分鐘添加一次，初期每次的添加量為每噸電渣25g，0. 5小時后每次的添加量為每噸電渣40g。實施例3
一種電渣重熔的低氫控制方法，電渣重熔所采用的渣系的各組分按重量百分比分別為BaO 8%, CaO 15%, Al2O3 20%, SiO2 22%，余量為BaF2 ;電渣在使用前在1050°C下充分干燥4h，電渣重熔過程中所用爐氣是濕度為2g/m3的空氣。在預熔渣過程中的電壓為60V，電流為20A，冶煉時間為2h，電渣重熔過程中的電壓為80V，電流為20A。電渣重熔過程中通過熔渣脫氧控制FeO含量< 0. 4%。電渣重熔過程的脫氧劑為鋁和錳的混合物，鋁與錳的質量比為1:0. 66，鋁的加入量為每噸電渣I. 2kg，鋁和錳的混合物的加入方法為每8分鐘添加一次，初期每次的添加量為每噸電渣30g，0. 5小時后每次的添加量為每噸電洛50g。
經過測定，各實施例的渣系中的氫滲透率均在0. 8X 10_6mol cm-1 *min-l以下，通過綜合控制得到產品中的氫含量分別為0. 95X lO'O. 88X 10_6和I. 02 X 10'
權利要求
1.一種電渣重熔的低氫控制方法，其特征在于，所述電渣重熔所采用渣系的各組分按重量百分比分別為 BaO 6-10%, CaO 11-22%，Al2O3 20-30%，SiO2 16-22%，余量為 BaF2 ;所述電渣重熔過程中所用爐氣是濕度為I. 9-2. 3g/m3的干燥空氣。
2.根據權利要求I所述的一種電渣重熔的低氫控制方法，其特征在于，電渣重熔過程的脫氧劑為鋁和錳的混合物，鋁與錳的質量比為I :0. 58-0. 75，鋁的加入量為每噸電渣O. 6-1. 2kg，鋁和錳的混合物的加入方法為每5-8分鐘添加一次，初期每次的添加量為每噸電渣20-30g，0. 5小時后每次的添加量為每噸電渣35-50g。
3.根據權利要求2所述的一種電渣重熔的低氫控制方法，其特征在于，電渣重熔過程中通過熔渣脫氧控制FeO含量< O. 4%。
4.根據權利要求I或2所述的一種電渣重熔的低氫控制方法，其特征在于，所述電渣在預熔渣過程中的電壓為50-80V，電流為5-20A，冶煉時間為l 2h。
5.根據權利要求I或2所述的一種電渣重熔的低氫控制方法，其特征在于，所述電渣重熔過程中的電壓為70-100V，電流為15-32A。
6.根據權利要求I或2所述的一種電渣重熔的低氫控制方法，其特征在于，所述渣系的各組分在使用前于1000-1100°C下干燥3-5h。
全文摘要
本發明涉及冶金領域，具體涉及一種電渣重熔的低氫控制方法以解決電渣重熔過程鋼中氫過量而導致鋼材質量不合格以及無法實現大型鋼錠生產的問題，本發明電渣重熔所采用渣系的各組分按重量百分比分別為BaO6-10%，CaO11-22%，Al2O320-30%，SiO216-22%，余量為BaF2；電渣重熔過程中所用爐氣是濕度為1.9-2.3g/m3的空氣；所述電渣在使用前充分干燥。電渣重熔過程的脫氧劑為鋁和錳的混合物，鋁與錳的質量比為1:0.58-0.75，鋁的加入量為每噸電渣0.6-1.2kg，鋁和錳的混合物的加入方法為每5-8分鐘添加一次，初期每次的添加量為每噸電渣20-30g，0.5小時后每次的添加量為每噸電渣35-50g。本發明通過降低渣系的氫滲透率、控制爐氣的含水率以及FeO的含量綜合控制達到降低氫含量的目的。
文檔編號C22B9/18GK102794438SQ20121025248
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者向大林, 辜榮如 申請人:浙江電渣核材有限公司