[發明專利]電渣重熔渣系及其應用

無效

• 申請號: 201110124719.2
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102776379A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 沈海軍
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22B9/18
• 分類號: C22B9/18
• 代理公司: 上海集信知識產權代理有限公司 31254
• 代理人: 周成

技術領域

本發明涉及電渣冶金，尤其涉及電渣重熔渣系及其應用。

背景技術

電渣重熔是生產高等級熱作模具鋼的一種特種熔煉方法。在自耗電極熔化、金屬液滴形成、滴落過程中，鋼渣之間發生的一系列物理化學反應，從而去除鋼中的非金屬夾雜及有害元素。同時電渣重熔過程自上而下的結晶過程可以明顯改善鑄錠的凝固質量，提高熱作模具鋼的各向異性。而重熔渣系的特性則是電渣重熔實現上述目的的關鍵。

目前工模具鋼的電渣重熔普遍采用70％CaF₂+30％Al₂O₃二元渣系，該渣系中CaF₂組元成分高達70％，電阻率低，因而電流流經渣池轉換成熱量的效率低，造成熱作模具鋼電渣重熔噸鋼平均電耗達1500kWh/t以上；該渣系的組成不在成分共晶點上，液態熔融渣形成渣皮的過程中，高熔點的Al₂O₃先析出，造成高溫渣池成分的不穩定，影響重熔過程的穩定性，同時由于渣皮中的Al₂O₃含量較高，傳熱系數低，影響了熔池的散熱，對熱作模具鋼的凝固質量產生不利的影響；由于該渣系僅含CaF₂和Al₂O₃兩種組元，因此對自耗電極中脆性夾雜物Al₂O₃的吸附能力較差，而Al₂O₃又是一種具有酸堿兩重性的組元，因此該渣系的脫硫能力也比較差。

根據電渣重熔熔渣-金屬之間的脫硫反應：

[S]+(O^2-)＝(S^2-)+[O]

平衡常數：K＝(a(S^2-)*a[O])/(a[S]*a(O^2-))

由上式可知，提高重熔渣系的堿度可以提高脫硫率。

專利檢索表明共有2種與本發明組元相同、組元含量不同的專利，申請號為201010221000的專利是一種用于電渣液態澆注的五元電渣重熔渣系，其權利要求為CaF₂：35-45％，Al₂O₃：20-30％，CaO：15-25％，SiO₂：7-13％，MgO：2-8％，該渣系在傳統的40％CaF₂-30％CaO-30％Al₂O₃三元渣系基礎上，添加了較多量的SiO₂，形成所謂的長渣渣系，有助于改善大型電渣錠的表面質量，但SiO₂是一種不穩定氧化物，在緩慢的電渣重熔過程中會發生渣池向熔池的傳氧，對控制熱作模具鋼中的O含量不利。申請號為200810041982的專利主要目的是防止冷軋輥增氫，其權利要求為CaF₂：45-50％，CaO：10-15％，Al₂O₃：30-35％，SiO₂：5-10％，MgO：5-10％。該渣系采用MgO代替部分CaO，并添加5-10％的SiO₂，氫的滲透率低僅為0.98×10-6mol·cm-1·min-1。但與此同時該渣系的堿度CaO/SiO₂僅在1-3左右，脫硫能力弱，而且5-10％的SiO₂含量在使Al₂O₃夾雜物變性的同時，也過多地增加了渣池向熔池的傳氧量。

因此，傳統的70％CaF₂+30％Al₂O₃二元渣系和申請號為200810041982、201010221000的電渣重熔渣系在降低電耗、脫硫率、改善各向異性和降低熱作模具鋼的氧含量等方面存在一定的不足，不適合作為高等級優質熱作模具鋼的電渣重熔渣系。

熱作模具鋼是一類應用廣泛的鋼種，由于熱作模具鋼需與溫度較高的金屬接觸，因此要求它具有高溫強度、耐磨性和韌性、抗熱疲勞及耐氧化性能，同時也需要高的淬透性和較小的變形。為了滿足上述要求，熱作模具鋼對冶金質量有如下的要求：(1)鋼材成分均勻，組織均勻，硬度均勻；(2)鋼材純凈，要求鋼中有害元素(S等)、氣體(O、H)及非金屬夾雜物含量低；(3)鋼致密，無氣孔、疏松、偏析等低倍缺陷；(4)鋼材各向異性，橫向機械性能高。同時為了降低熱作模具鋼的生產成本，還要求其生產成本較低。