一種含Ti耐蝕合金抽錠電渣重熔板坯Ti元素控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含Ti鐵鎳基耐蝕合金抽錠電渣重熔板坯Ti元素控制方法，所述控制方法為：設(shè)計合適的渣系；針對化學(xué)成分不同的每爐次電極，根據(jù)熱力學(xué)計算方法得到Ti元素?zé)龘p達到平衡時渣系中Ti02含量，選擇匹配的渣系，從而控制Ti元素?zé)龘p；在電渣重熔開始時，先加入3%的Si02，電渣重熔進行2?3h后，向渣池加入剩余1%?3%的Si02;在電渣重溶過程中加A1粒對熔渣脫氧，A1粒和電極中A1含量之和控制在UNSN08825合金A1的上限0.2%?本發(fā)明解決了大氣環(huán)境下含Ti鐵鎳基耐蝕合金UNSN08825板坯抽錠電渣重熔過程中，電渣重熔板坯表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、Ti元素含量同時控制的問題。
【專利說明】一種含Ti耐蝕合金抽錠電;'查重溶板坯Ti元素控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于特種合金精煉【技術(shù)領(lǐng)域】。尤其涉及一種大氣環(huán)境下，含Ti鐵鎳基耐蝕 合金板坯抽錠電渣重熔過程中，Ti元素?zé)龘p的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，含Ti不銹鋼電渣重熔工藝主要有固定式和抽錠式電渣重熔兩種方法。固 定式電渣重熔工藝是整個冶煉過程在封閉的結(jié)晶器內(nèi)進行，鑄錠由下而上順序凝固，不存 在漏鋼、漏渣的問題，電渣重熔過程中Ti元素?zé)龘p控制方法是：渣系采用CaF 2、A1203、TiO2 三元渣系或者CaF2、CaO、A1203、TiO2四元渣系，渣中的TiO 2可以減少鈦的燒損，并在電渣過 程中逐步加入Al脫氧，不僅可以脫氧保Ti,而且有利于錠中Ti的軸向均勻化。"高鈦低鋁 R-26合金電渣重熔過程中鈦燒損的分析"、"一種含Ti鋼電渣重熔工藝方法"、"一種含鈦不 銹鋼電渣重熔保護渣"等文獻和專利均采用固定式電渣重熔工藝，利用該方法進行含Ti不 銹鋼生產(chǎn)。
[0003] 抽錠電渣重熔工藝是自耗電極一邊熔化形成金屬熔池，金屬熔池一邊凝固被連續(xù) 地拉出結(jié)晶器，結(jié)晶器與鑄錠做相對移動，會出現(xiàn)漏鋼、漏渣問題，難以獲得良好的表面質(zhì) 量。因此，采用抽錠電渣重熔工藝生產(chǎn)含Ti不銹鋼時，Ti元素?zé)龘p控制方法是：渣系采用 CaF2、CaO、A1203、Ti02、SiO 2 五元渣系或者 CaF2、CaO、A1203、Ti02、MgO、SiO 2 六元渣系，加入 少量的SiO2是為了降低渣系的熔點，渣中硅氧陰離子聚合程度大，結(jié)晶能力差，即使冷卻到 液相線溫度以下仍能保持過冷液體的狀態(tài)，渣皮塑性強，不容易破裂，但是，SiO 2會加速電 渣重熔過程中Ti元素的燒損。渣中加入MgO，使固態(tài)渣中高硬度礦相增多，使固態(tài)渣的高溫 強度提高，提高渣皮在抽錠過程中的抗拉破能力，并在電渣過程中逐步加入Al脫氧保Ti。 專利"一種含Ti的Ni-Cr-Mo耐蝕合金抽錠電渣重熔工藝"中Ti元素?zé)龘p控制方法是：采 用渣系：CaF 2 50%?55%, Al2O3 15%?20%, CaO 15%?20%, TiO2 7%?9%, SiO2 2%?3%，并在電渣重熔 過程中加 Al脫氧保Ti,具體為：將整個電渣重熔過程劃分為三個時期，熔煉前期加 Al量為 8~10g/min，熔煉中期加 Al量為5~7g/min，熔煉后期不加 Al。該渣系中TiO2含量79Γ9%，能 減少Ti燒損，但是，渣系在1600°C時粘度為0. 12?0. 13Pa *s，流動性差，電渣重熔截面尺 寸大的板坯時，高溫熔渣、金屬液在電磁場的作用下，從結(jié)晶器壁至結(jié)晶器心部流動，粘度 值過高的熔渣會卷入鋼液中，形成夾渣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明涉及一種大氣環(huán)境下，含Ti鐵鎳基耐蝕合金板坯抽錠電渣重熔過程中，Ti 元素?zé)龘p的控制方法。
[0005] 大氣環(huán)境下，含Ti不銹鋼板坯抽錠電渣電渣過程中，電極中的Ti會與大氣中的氧 及熔渣中的不穩(wěn)定氧化物發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致Ti元素?zé)龘p，生成的氧化物TiO 2起到氧源的作用， 通過渣池向金屬熔池不斷傳氧，進一步加劇Ti元素?zé)龘p；電渣過程中加 Al能夠減少大氣 中的氧進入渣池中，減少渣中不穩(wěn)定氧化物的含量，從而避免Ti元素過度燒損；渣系中配 入TiO2后，TiO2與C、A1反應(yīng)生成復(fù)合大離子半徑的原子團Ti3O 5，對氧的傳遞起阻礙作用， 減少大氣中的氧進入渣池中，另外渣中的TiO2使Ti元素的氧化反應(yīng)向逆方向進行，從而減 少Ti元素?zé)龘p；渣系含有SiO 2，一方面增強固態(tài)渣皮的塑性，改善板坯表面質(zhì)量，另一方面 SiO2為不穩(wěn)定氧化物，與Ti、Al發(fā)生反應(yīng)生成TiO2, Al2O3和Si,使Ti元素?zé)龘p。
[0006] 本發(fā)明適用于含Ti鐵鎳基耐蝕合金UNS N08825,其標(biāo)準成分為C彡0.05%， Si 彡 0· 5%，Mn 彡 L 0%，S 彡 0· 03%，Crl9. 5% ?23. 5%，Ni38% ?46%，Μο2· 5% ?3. 5%， CuL 5%?3. 0%，Al彡0. 2%，TiO. 6%?1. 2%。UNS Ν08825合金含量高于60%，合金含量越 高，鋼的熔點越低，鋼液高溫粘度值越大，流動性越差，鋼中的Ti元素會使鋼液高溫粘度 值升高，UNS N08825合金熔點為1370?1400°C，低于低合金鋼熔點1450?1500°C，UNS N08825合金在1600°C時粘度為0. 008?0. 009Pa · s，遠高于低合金鋼在1600°C時粘度值 0. 002?0. 003Pa · s，UNS N08825合金中活潑元素 Ti的含量為0. 6%?1. 2%，范圍比較窄。
[0007] 針對含Ti不銹鋼抽錠電渣重熔Ti元素?zé)龘p的特點和UNS N08825合金特點，發(fā)明 一種適合于含Ti鐵鎳基耐蝕合金UNS N08825板坯抽錠電渣重熔過程Ti元素?zé)龘p的控制 方法,解決大氣環(huán)境下含Ti鐵鎳基耐蝕合金板坯抽錠電渣重熔過程中，板坯表面質(zhì)量、內(nèi) 部質(zhì)量、Ti元素含量同時控制的問題，生產(chǎn)出厚度小于200 mm，寬度大于1250mm，重量大于 6噸的UNS N08825合金板坯，該電渣重熔板坯可直接進入爐卷軋機熱軋成卷，節(jié)省中間的 鍛造開坯工序，縮短耐蝕合金板、帶、箔材的生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)成本，降低能耗降低。
[0008] 本發(fā)明的方法為： (一)，設(shè)計合適的渣系，該渣一方面能夠避免UNS N08825合金板坯抽錠電渣重熔過程 中漏鋼、漏渣、夾渣，另一方面能對Ti元素?zé)龘p進行抑制；本發(fā)明的渣系由CaF2、Ca0、Al20 3、 Ti02、SiO2組元組成，各個組元的質(zhì)量百分比分別為：CaF2 559Γ60%、CaO 109Γ15%、Al2O3 20%?25%、TiO2 3%?5%、SiO2 4%?6% ;該渣系1600°C的粘度為0· 08?0· 09Pa · s，防止熔渣 從電渣錠與結(jié)晶器壁之間的縫隙中流出，造成漏渣，且與UNS N08825合金在1600°C時粘 度0. 008~0. 009Pa · s相匹配，避免熔渣卷入鋼液中形成夾渣；渣系1600°C的渣阻0. 3? 0.4Ω · cm，能夠有效利用電能，提高電渣重熔效率；渣系熔點為1200?1250°C，低于UNS N08825合金的熔點1370?1400°C，能夠形成良好的表面質(zhì)量。
[0009] 其中，渣系中的CaF2能降低渣的熔點、表面張力及熔渣的高溫粘度；Al 2O3能提高 渣系的渣阻，提高電渣重熔電效率，降低能耗，提高液態(tài)熔渣高溫粘度值；CaO能提高熔渣 堿度，有利于脫硫，與Al 2O3形成低熔點化合物，降低渣系的熔點；SiO2能提高渣皮的塑性變 形能力，防止渣皮拉破；TiO 2能生成抑制Ti元素?zé)龘p的Ti3O5，減少Ti元素?zé)龘p。渣系必 須具有一定的電阻，以降低能耗，渣系中的Al 2O3含量控制在20%?25%，使該渣系1600°C時 渣阻0.3?0.4Ω · cm，由于UNS N08825合金含量之和高于60%，Al2O3含量高于25%后，渣 阻過高,金屬熔池過深,板坯內(nèi)部會形成夾渣。
[0010] UNS N08825合金含有易燒損元素 Al、Ti, CaO能維持熔渣堿度，以利于脫硫，但其 吸水性較強，會導(dǎo)致鋼錠增氫增氧，加劇Ti元素?zé)龘p。CaO含量選擇在10%?15%，既有利 于脫硫，又能減少Al、Ti元素?zé)龘p。
[0011] 在CaCKAl2O3含量不變的情況下，加入CaF 2是為了調(diào)整渣系的高溫粘度。根據(jù)UNS N08825合金含量、1600°C時粘度值0. 008?0. 009Pa · s，CaF2含量選擇在55%?60%，渣系 在1600°C時粘度為0· 08?0· 09Pa · s，在Al2O3含量為20%?25%，CaO含量在10%?15% 時，CaF2含量過高、過低都會造成渣系的粘度不能與UNS N08825合金抽錠電渣重熔相匹配。 因此，UNS N08825合金板坯電渣重熔渣系的CaF2含量選擇在55%?60%。
[0012] 渣系中加入SiO2生成易發(fā)生塑性變形的礦物、非晶質(zhì)礦物，提高渣皮的塑性，防止 抽錠過程中渣皮拉破。根據(jù)UNS N08825合金的粘度特點，抽錠電渣重熔渣系中至少應(yīng)加入 3%的SiO2，才能形成足夠的塑性變形礦物和非晶質(zhì)礦物，提高渣皮的塑性，加入的SiO 2量越 多，越有利于抽錠電渣重熔，但是SiO2含量超過6%后，會使Ti元素大量燒損，并且增Si嚴 重，影響耐腐蝕性能。同時，隨著電渣重熔進行，熔渣中的SiO 2不斷減少，板坯表面質(zhì)量又 會惡化，因此電渣重熔過程中需分批次加入4%?6%的Si02。
[0013] UNS N08825 合金 1600°C 時粘度值 0· 008?0· 009Pa · s，CaF2 含量選擇在 55% ? 60%，渣系在16001：時粘度為0.08?0.09?3*8，在41203含量為20%?25%，030含量在 10%?15%時，CaF 2含量過高、過低都會造成渣系的粘度不能與UNS N08825合金抽錠電渣 重熔相匹配。因此，UNS N08825合金板坯電渣重熔渣系的CaF2含量選擇在55%?60%。
[0014] 上述含Ti鐵鎳基耐蝕合金板坯抽錠電渣重熔渣系中效果較優(yōu)的三種渣系中CaF2、 A1203、CaO、Si02、TiO2 質(zhì)量百分比分別為：57· 5%、24%、11%、4%、3· 5% ;55%、22%、14%、5%、4% ; 60%、20%、10%、6%、4%。
[0015] (二)，針對化學(xué)成分不同的每爐次電極，根據(jù)熱力學(xué)計算方法得到Ti元素?zé)龘p達 到平衡時渣系中TiO2含量，然后由TiO 2理論含量選擇匹配的渣系，從而控制Ti元素?zé)龘p； 具體計算如下： (1) 根據(jù)電極成分求出Al、Ti的活度a[Al]、a[Ti]:

【權(quán)利要求】
1. 一種含Ti鐵鎳基耐蝕合金抽錠電渣重熔板坯Ti元素控制方法，所述耐蝕合金 為含Ti鐵鎳基耐蝕合金UNS N08825,其標(biāo)準成分為C彡0. 05%，Si彡0. 5%，Mn彡1. 0%， S 彡 0· 03%，Crl9. 5% ?23. 5%，Ni38% ?46%，Μο2· 5% ?3. 5%，CuL 5% ?3. 0%，Al 彡 0· 2%， TiO. 6%?1. 2% ;其特征在于所述Ti元素控制方法為： (一) ，設(shè)計合適的渣系，該渣一方面能夠避免UNS N08825合金板坯抽錠電渣重熔過程 中漏鋼、漏渣、夾渣，另一方面能對Ti元素?zé)龘p進行抑制；所述渣系由CaF2、Ca0、Al 203、Ti02、 SiO2組元組成，各個組元的質(zhì)量百分比分別為：55%?60%、10%?15%、20%?25%、3%?5%、4%?6% ; 所述渣系1600°C的粘度為0. 08?0. 09Pa *s，防止熔渣從電渣錠與結(jié)晶器壁之間的縫隙中 流出，造成漏渣，且與UNS N08825合金在1600°C時粘度0. 008?0. 009Pa · s相匹配，避免熔 渣卷入鋼液中形成夾渣；渣系1600°C的渣阻0.3?0.4Ω · cm，能夠有效利用電能，提高電 渣重熔效率；渣系熔點為1200?1250°C，低于UNS N08825合金的熔點1370?1400°C，能 夠形成良好的表面質(zhì)量； (二) ，針對化學(xué)成分不同的每爐次電極，根據(jù)熱力學(xué)計算方法得到Ti元素?zé)龘p達到平 衡時渣系中TiO2含量，選擇匹配的渣系，從而控制Ti元素?zé)龘p；具體計算如下 ： (1) 根據(jù)電極成分求出Al、Ti的活度a[Al]、a[Ti]:
/A1表示Al的活度系數(shù)
表示Al的質(zhì)量分數(shù)；
表示Al與元素 i的相互作用系數(shù)，
表示元素 i的質(zhì)量分數(shù)，i=Al......Ti ;
/Ti表示Ti的活度系數(shù)；
公式4
表示Ti與元素 J'的相互作用系數(shù)
表示元素 J'的質(zhì)量分數(shù)，j'=Ti......S ; (2) 石墨電極化渣階段，熔渣中的TiO2與C發(fā)生反應(yīng)：

公式6 式中，
-化學(xué)反應(yīng)式5的標(biāo)準吉布斯自由能，J/mol ; a (Ti3O5)-烙渣中Ti3O5的活度，近似于Ti 3O5的濃度X Ti3Q5 ; a (TiO2)--烙渣中TiO2的活度，近似于TiO2的濃度X TiQ2 ; T--化渣溫度，1973 K ; (3) 渣-氣界面Ti3O5會再次氧化成TiO2 :
式中，
--化學(xué)反應(yīng)式7的標(biāo)準吉布斯自由能，J/mol ;
-大氣下的氧分壓，0. 2atm ; R--氣體常數(shù)，8. 314 ; T-化學(xué)反應(yīng)式7的平衡溫度，1873K ; (4) 電渣重熔階段，電極中的Al將熔渣中的TiO2還原為Ti3O5 :
式中，
^--化學(xué)反應(yīng)式9的標(biāo)準吉布斯自由能，J/mol ; a (Al2O3)-烙渣中Al2O3的活度，近似于Al 2O3的濃度X A1203 ; a [Al]--Al的活度； T-化學(xué)反應(yīng)式9的平衡溫度，1873K ; (5) 電渣重熔階段，熔渣中的TiO2將合金中的Ti氧化為Ti3O5 :

式中，
--化學(xué)反應(yīng)式11的標(biāo)準吉布斯自由能，J/mol ; a [Ti]--合金中Ti的活度； 由化學(xué)反應(yīng)式11可知，TiO2實際上作為氧源造成Ti元素的燒損，因此，為了使化學(xué)反 應(yīng)式11在電渣重熔一開始就達到平衡，從理論上防止電極中Ti元素?zé)龘p，那么，對Ti元素 燒損起阻礙作用的Ti3O 5需全部來自化渣階段； 由化渣反應(yīng)式5可知，化渣階段的Ti3O5是由渣系中部分TiO2轉(zhuǎn)化而來的，因此，化渣 反應(yīng)式5消耗的的TiO2濃度與電渣重熔階段Ti燒損達到平衡時熔渣中TiO2濃度，兩者之 和即為渣系中所需的TiO 2濃度； (三) ，為了防止電渣重熔階段渣系中的SiO2逐漸減少導(dǎo)致渣皮在抽錠過程中會拉破、 漏鋼、漏渣，同時也為了避免一次性加入4%?6% SiO2導(dǎo)致Ti元素大量燒損，在電渣重熔 開始時，先加入3%的SiO2，電渣重熔進行2?3h后，向渣池加入剩余1%?3%的SiO 2 ; (四） ，根據(jù)電極中的Al含量，在電渣重熔過程中加 Al粒對熔渣脫氧，抑制Ti元素?zé)?損，Al粒和電極中Al含量之和控制在UNS N08825合金Al的上限0. 2%。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種含Ti鐵鎳基耐蝕合金抽錠電渣重熔板坯Ti元素控制方 法，其特征在于：所述渣系中CaF2、Al 203、Ca0、Si02、Ti02的質(zhì)量百分比分別為：57. 5%、24%、 11%、4%、3. 5%。
3. 如權(quán)利要求1所述的含Ti鐵鎳基耐蝕合金抽錠電渣重熔板坯Ti元素控制方法，其 特征在于：所述渣系中CaF2、Al203、Ca0、Si02、Ti0 2的質(zhì)量百分比分別為：55%、22%、14%、5%、 4% 〇
4. 如權(quán)利要求1所述的含Ti鐵鎳基耐蝕合金抽錠電渣重熔板坯Ti元素控制方法，其 特征在于：所述渣系中CaF2、Al203、Ca0、Si02、Ti0 2的質(zhì)量百分比分別為：60%、20%、10%、6%、 4% 〇
【文檔編號】C22C30/00GK104212977SQ201410467232
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】陳帥超, 王新鵬, 寧天信, 羅利陽, 張春林 申請人:洛陽雙瑞特種裝備有限公司