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

（山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西 太原 030003）

试（实）验研究

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

（山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西 太原 030003）

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。

电渣重熔 高Cr高Mn钢 渣沟 低熔点的渣系

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。

1 试验设备和工艺

1.1 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。

表1 结晶器和自耗电极的规格 mm

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

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。

表2 电渣过程工艺

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。

表3 自耗电极的化学成分 %

2 试验结果

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，裂纹之间有白色粉末，结果深度较深，最深处达到10 cm（见图1、图2）

图1 渣沟照片

图2 渣沟加工照片

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。

3 原因分析

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，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。

4 选择新渣系和新工艺

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）。

表4 不同组元加入CaF2-Al2O3产生的作用

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。

图3 CaF2-Al2O3-CaO相图

表5 各种渣系的熔点 ℃

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 选择新渣系和新工艺

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。

表6 电渣工艺制度

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。

6 二次试制结果

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。

7 结论

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。

[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.

（编辑：苗运平）

Causes and Elimination Measures of Electroslag Ingot and Slag Ditch in High-Cr and High-Mn Steel

Li Jianjun,Yan Yongchun
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003）

The reason about slag ditch produced when high Cr and high Mn steel in electroslag remelting process is analyzed.This paper discusses from the following parts:slag melting point,slag composition and smelting process. Results show that high slag melting point and smelting power reduction make the slag ditch produced,and slag ditch can eliminate by choosing low melting point slag and reducing smelting power step by step.The result is satisfactory.

electroslag remelting，high-Cr and high-Mn steel，slag ditch，low-melting point slag

TF141

A

1672-1152（2017）01-0037-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.16

2016-10-18

李建军（1971—），男，山西代县人，1992年毕业于武汉钢铁学院，硕士研究生学历，高级工程师，目前在太钢技术中心型材室工作，主要从事电渣和连铸工艺研究。