大直径抽锭式电渣重熔针对模具钢的技术研究.pdf

模具制造 2023年第9期大直径抽锭式电渣重熔针对模具钢的技术研究孙欣，焦其慧，张志兴，崔金鹏（东北特殊钢集团股份有限公司，辽宁大连116031）【摘要】对本公司近期抽锭式结晶器所生产的大直径电渣锭所展开的技术研究进行了总结。抽锭式结晶器生产电渣锭，生产过程中抽锭过程、换坯过程都存在着较大的漏渣、流钢风险，故渣系的选择至关重要，且由于大锭型冶炼时间较长，渣系的改变、渣量的损失都对冶炼过程控制产生影响。此类抽锭式结晶器工艺所选择的熔速、充填比、交换电极坯工艺等，都对冶炼过程产生着影响。关键词：电渣重熔；抽锭式结晶器；渣系；熔速；充填比中图分类号：TG162；TG142文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.023Research on Large Diameter Electroslag Remelting For Mold SteelSun Xin，Jiao Qihui，Zhang Zhixing，Cui Jinpeng（Northeast Special Steel Group Co.,Ltd.,Dalian，Liaoning 116031,CHN）【Abstract】This paper summarizes the technical research on large-diameter electroslag ingotsproduced by our company recently.In the process of electroslag ingot production by the extractionmold,there are great risks of slag leakage and steel flow in the process of ingot extraction and billetchange,so the selection of slag system is very important.And because the large ingot smeltingtakes a long time,the change of slag system and the loss of slag amount have an impact on thesmelting process control.The melting rate,filling ratio and the process of exchange electrode blankusedinthiskindofingotdrawingcrystallizerprocessallhaveanimpactonthesmeltingprocess.Key words:electroslag remelting;ingot pulling crystallizer;slag system;melting rate;filling ratio模具材料及热处理技术1引言近几年，电渣钢产量逐年增加。电渣重熔的产品类型越来越多1。大型电渣锭的需求也在日益增加。现阶段国内大型电渣锭的生产，多采用固锭式电渣重熔结晶器生产。主要原因为较大直径的抽锭式电渣重熔结晶器生产难度较大，在长时间的电渣重熔抽锭过程中，极易产生漏渣、流钢等问题。且在抽锭过程中，还需进行多次交换支臂冶炼，此过程更是漏渣、流钢的高发时刻。但抽锭式电渣锭由于长度不受结晶器高度限制，只要底水箱行程足够，可以实现电渣锭长度最大化，具有较高的成材率。且凝固组织与传统电渣锭基本相同2。若固锭式结晶器所生产的电渣锭期望达到与抽锭式结晶器所生产电渣锭相同高度，首先固锭式结晶器本身需具备相应的高度，且电渣炉主体设备的行程也需增加到匹配长度，无论是设备建设费用或者是结晶器费用都需占用大量成本。且此高度的固锭式结晶器，随着使用时间增长，结晶器铜内壁的变形会导致后期维修保养费用极高。故大型抽锭式电渣重熔结晶器的重熔技术才是针对大型电渣锭来说最经济的3，意味着在具备相同电渣重熔冶炼质量的前提下，伴随着成材率的提升与结晶器投入成本的降低，更具有经济效益与实际生产可行性。2大型抽锭式电渣生产难点2.1渣系及渣量的确认模具材料及热处理技术80模具制造 2023年第9期抽锭式结晶器生产过程中，由于结晶器与电渣锭持续相对移动，渣系既要起到产生渣阻热、精炼等作用，还要起到润滑功能。故所使用的渣系熔点、黏度、韧性及渣-钢间摩擦力的大小对铸坯表面质量都有很大影响4。为降低炉渣与铜结晶器见的摩擦力，渣系各组元成分比例至关重要。渣系摩擦力与SiO2、Al2O3相关，当SiO2含量增加时，摩擦阻力减小；当Al2O3含量增加时，摩擦阻力增大5。且大型电渣锭重熔时间达到34天，渣皮损失的渣量、渣系成分的变化等都将影响电渣锭抽锭表面情况。若渣系、渣量的选择偏差过大，不但严重影响电渣锭内部质量，还会产生冶炼过程中的大量流钢、漏渣情况，对设备损坏严重、安全隐患较高。所以，抽锭式结晶器生产的渣系、渣量的确认，来防止流钢、漏渣是至关重要的一个环节。2.2供电制度的确认电渣重熔过程中，电流、电压的控制直接决定冶炼的能量提供。对抽锭式电渣锭来说，电流、电压的稳定，更是为了减少大幅度波动而引起的炉渣晃动，降低渣皮破损而产生流钢、漏渣。故所设定的造渣曲线、熔炼参数、补缩曲线都决定着重熔过程能否顺利进行的要素，且重熔过程中，熔速不可忽高忽低，需平稳控制。有时熔速控制过低，反而流钢、漏渣风险更大，主要因为熔速过低时，渣金界面靠结晶器壁附近的金属已经凝固，初生坯壳向内收缩，但渣皮未能随之进行收缩，使得初生坯壳与渣膜之间产生缝隙，渣钢界面上的高温熔渣穿过缝隙而漏渣6。供电制度更是决定这电渣锭内部质量，通过合理的供电制度保证金属熔池不仅倾斜度小，而且要比较浅平7。2.3换坯工艺参数的确认对于抽锭式结晶器所生产的电渣锭来说，抽锭过程中进行电极交换操作是流钢、漏渣的高发时刻，主要原因为交换支臂过程，炉内无热源补充，钢渣界面处，渣皮受冷却作用逐渐变厚，初生坯壳也在不断收缩。当新电极入炉送电后，所产生的热量更容易使渣坯破裂从而产生流钢、漏渣。或直接从初生坯壳与渣皮之间缝隙间发生流钢、漏渣问题。3电渣炉基本情况东北特钢股份有限公司的100t电渣炉采用大电流环路同轴设计。该炉由两套炉头和一个中心抽锭熔化站组成，中心熔位既可用于固锭式结晶器生产，也可用作抽锭结晶器冶炼。在中心熔化站的旁边，两套炉头分别安装有两座电极预热炉，为交换的电极端部预热。该电渣炉由两台单相有载有级变压器供电，每台变压器额定容量为4350KVA，每台二次输出额定电流30kA，电压自动调整控制，合起来输出最大电流60kA，配有功率因数补偿装置，功率因数可以达到0.850.95。该炉台保护气体有氮气和氩气，按照工艺设定向保护罩内自动填充。4大锭型抽锭式结晶器实验生产本次主要实验两种锭型，分别为1823mm、1667mm，具体生产信息如下：4.1生产流程转炉LF炉RH连铸圆坯电极带锯切割电极表面抛丸电极焊接1667mm、1823mm抽锭式结晶器进行电渣重熔锻造后成品检验。4.2电极成分设定为确保电渣重熔后成分，符合标准要求，设计冶炼电极控制成分范围。按此成分范围控制的电极实际冶炼后成分满足标准要求。具体如表1、表2所示。表1标准电极坯与电渣锭成分表2实际冶炼电极坯与电渣锭成分锻造成品模块端部取样分析氧含量为6ppm。4.3抽锭式结晶器尺寸抽锭式结晶器尺寸为：18231450mm 高；16671450mm高。成分电渣锭成分电极坯成分%下限上限下限上限C0.240.30.260.29Si0.40.30.4Mn1.41.71.581.68P0.0250.015S0.0050.003Cr1.21.81.51.57Mo0.450.60.530.58Ni0.91.20.981.04V0.090.150.110.13成分/%电极成分电渣锭成分C0.270.28Si0.280.3Mn1.581.42P0.010.01S0.0020.001Cr1.531.53Mo0.560.57Ni1.031.04V0.140.14N0.00560.0057模具材料及热处理技术81模具制造 2023年第9期4.4电极尺寸本次实验中，两种结晶器都采用800mm连铸坯生产。充 填 比（面 积 比 值）：1823mm 锭 型：0.19；1667mm锭型：0.23。4.5基本工艺参数（1）熔速设定：0.75-0.85D kg/h（D 为结晶器直径，单位mm）。熔化速度是决定钢锭晶轴间距的主要因素,因而熔化速度选择是否得当,直接决定了钢锭最终的冶炼质量8。（2）结晶器进、出水温差控制：8。（3）摆动设定：2.03.0。（4）保护气体：设定流量为10Nm3/h，氮气与氩气比例为各50%。（5）抽锭参数：抽锭步长 23mm，抽锭速度 2.04.5mm/min。（6）渣系：CaF2：Al2O3：CaO：MgO：SiO2=3545：2028：1525:18:29。（7）交换支臂参数：电压提升7%15%、电阻提升1%6%。4.6近期生产明细通过不断的实验改进，成功生产多支大型抽锭式电渣锭，明细如表3及图1所示。表3大型抽锭结晶器生产明细图11823mm 80.33t电渣锭图片5结论5.1实际生产的经济性从经济性角度看，抽锭式电渣结晶器具备实际生产大型电渣锭的可行性。结晶器后期维护费用低、电渣锭的成材率高等优点都是这种结晶器的优势所在。同样也是众多大型电渣锭生产方式中，具备相同质量水平下，更经济可行。5.2工艺参数的重要程度大型抽锭式电渣结晶器的生产需将渣量、渣系、充填比、熔速、换坯设定参数等关键工艺参数与所生产钢种相匹配。故冶炼数据的积累、各种渣系的实际使用都会为大型抽锭式电渣锭的生产提供保障。5.3大型抽锭式电渣结晶器细节控制越是大型电渣锭的生产，越是要注意细节的控制，往往一个参数的设定存在较小的偏差，运行到几十吨的电渣锭冶炼过程中，就会产生较大误差。所以，一定要对收缩系数、渣密度、渣损耗等进行准确摸索，确保长时间的冶炼过程中，控制较准确。参考文献1傅杰.特种冶炼M.北京：冶金工业出版社，1982.2姜周华，董艳伍，臧喜民等.新一代电渣冶金技术的开发J.北京：材料与冶金学报，2011，10（S1）：17183Scholz H,Biebricher U,Brckmann G,Esser D.电渣重熔满足大型锻件的要求J.钢铁，2013，48（10）：82874姜周华，董艳伍，耿鑫，刘福斌.电渣冶金学M.北京：科学出版社，2017.5常立忠，李正邦.电渣重熔过程中金属凝固的控制方法J.炼钢，2007，（08），56586梁连科.冶金动力学M.沈阳：东北工学院出版社，1990.7郭宏磊，郭琳碰.抽锭式结晶器板坯电渣炉漏钢原因探讨J.河北冶金，2012，（11）：36388吴远飞，姜周华.电渣重熔过程中电极熔速的确定J.材料与冶金学报，2002，（02）：115119第一作者简介：孙欣，男，1990年生，辽宁大连人，主要从事电渣重熔工艺研究相关工作。（收稿日期：2023-04-20）锭型/mm1667166716671667166718231667电极规格/mm800800800800800800800锭重/t44.12340.2338.0239.236.880.3380.15模具材料及热处理技术82