電渣重熔渣系

熔渣應具有適當的電導率,以產生足夠的熱量,保證金屬熔化、過熱及精煉的進行,並提高電渣重熔的電效率,降低電耗。 CaF2:能降低渣的熔點、黏度和表面張力。 SiO2:渣中加入少量SiO2,可以降低渣的熔點,提高渣的高溫塑性,使鑄錠表面光潔,而且也能降低渣的電導率。

概念

電渣重熔渣系(slags electrosla gremelting)是一種含有CaO、CaF2、Al2O3、MgO、SiO2等成分,在高溫下具有適當電導率並具有脫硫脫磷去除非金屬夾雜物等能力的鹼性物體。

功能

作為重熔熱源
它把電能轉化為電阻熱,金屬電極依靠熔渣的電阻熱進行熔化,並滿足熔煉溫度的需要。
作為淨化劑
重熔過程中熔化的金屬形成金屬熔滴穿過渣池時,渣與金屬液滴接觸面積很大,利用渣的化學特性可以有效地去除鋼中有害元素硫、磷等,去除有害氣體氫、氧、氮等,吸收、溶解熔融金屬與渣界面的非金屬夾雜物,使金屬得到提純、淨化。
作為保護劑
它在鑄錠和結晶器間形成一層渣皮,這層渣皮起到了絕緣、隔熱、潤滑作用,使金屬不與結晶器直接接觸,防止了電分流,使熱流主要向底水箱方向傳導,結晶趨向縱軸方向,並有利於鑄錠和結晶器壁的相對運動。另外,在金屬熔池上方的熔融渣池使金屬液避免直接與大氣接觸,起到了防止金屬氧化及貯熱保溫作用。在電渣重熔過程中,金屬始終在渣的包覆下熔化、凝固。

渣的選擇

電渣重熔渣配比和渣量的選擇對電渣鋼的冶金質量、熔煉技術經濟指標以及環境保護具有重大的影響。為了滿足各項技術經濟指標的要求,必須從熔點、電導、黏度、鹼度、表面張力、比熱、蒸汽壓、透氣度等各項物理化學性質進行綜合考慮,才能選出合理的渣型。
熔點
渣的熔點應低於重熔金屬熔點,熔渣成分力求選在低熔共晶點附近,這樣可以減少渣皮凝固時的偏析,防止渣成分的變化造成工藝參數難以穩定的現象。通常渣的熔點應比重熔金屬的熔點低100~200℃。
電導率
熔渣應具有適當的電導率,以產生足夠的熱量,保證金屬熔化、過熱及精煉的進行,並提高電渣重熔的電效率,降低電耗。一般要求在2000℃時,熔渣的電導k≤3Ω-1・cm-1。
黏度
熔渣應有適當的黏度,並且在高溫下黏度值隨溫度變化越小越好。具有良好流動性的渣才能保證高溫下渣池熱對流,使鑄錠徑向溫度均勻,利於去氣脫硫等物化反應的進行,利於形成薄渣皮,提高鑄錠表面質量。一般熔渣在1800℃時,黏度η≤0.5Pa・s。
鹼度
為了保證重熔過程脫硫良好,熔渣應具有較高的鹼度,一般鹼度B>1,B=CaO/(SiOz+1/2Al2O3)。
表面張力
熔渣與熔融金屬之間應有足夠大的表面張力,以有助於渣殼分離,防止熔渣捲入金屬內;而熔渣與非金屬夾雜物之間的表面張力越小越好,以利於熔渣對非金屬夾雜物的浸潤、吸附和溶解。

渣的組元

常用渣的基本形態是以CaF2為基礎,配入適當的CaO、Al2O3、MgO、SiO2、TiO2等氧化物組成的,各組元成分在渣中有各自的作用。
CaF2:能降低渣的熔點、黏度和表面張力。但和其他組元相比,CaF2的電導率較高,純CaF2在1650℃時電導率達4.54Ω-1・cm-1;渣中CaF2含量高,熔煉中易放出有害氣體和煙塵,造成環境污染。
CaO:渣中加入CaO將增大渣的鹼度,提高脫硫效率,在CaO加入量為40%情況下,脫硫率最高可達到85%;而且ca0的加入能夠降低渣的電導率。但是Ca()吸水性強,易帶入氫和氧,造成鋼增氫增氧。
Al2O3:能明顯降低渣的電導率,減少電耗,提高生產率。例如(CaF290%+AAl2O310%,在1650℃時,電導率降為3.44Ω-1・cm-1;如果Al2O增加到30%,電導率將降為1.75Ω-1・cm-1。但是渣中Al2O3增加,將使渣的熔化溫度和黏度升高,並將降低渣的脫硫效果,另外會使重熔過程難以建立和穩定。一般Al2O3的含量不大於50%。
MgO:渣中含有適當的MgO將會在渣池表面形成一層半凝固膜,可防止渣池吸氫及防止渣中變價氧化物向金屬熔池傳遞供氧,從而使鑄錠中氧、氫、氮含量降低。同時,這層凝固膜可減少渣表面向大氣輻射的熱損失。但是MgO容易使熔渣的黏度提高,所以渣中含MgO一般不超過15%。
SiO2:渣中加入少量SiO2,可以降低渣的熔點,提高渣的高溫塑性,使鑄錠表面光潔,而且也能降低渣的電導率。SiO2的加入還可以改變鋼中夾雜物的形態,由鋁酸鹽夾雜變為矽酸鹽夾雜,使鋼材易於加工變形。但是渣中SiO2含量過多,則有反應2CaF2+SiO2=2CaOS+SiF4↑發生,造成渣中CaF2的揮發損失,另外SiO2高還將使金屬中SiO2含量增加。
TiO2:在重熔含Ti的鋼及合金時,渣中加入一定量的TiO2,可以抑制鋼中鈦的燒損;另外,常採用CaF2-TiO2型導電渣作引燃劑;TiO2是變價氧化物,它對金屬熔池起傳遞供氧作用。

常用渣系

最廣泛使用的渣系是CaF2-TiO2渣,其代表成分是CaF270%+Al2O330%。這種渣綜合工藝性能較好,適應不同工藝條件,具有一定的脫硫及去夾雜能力,適用於重熔滾珠軸承鋼、合金結構鋼、高速工具鋼、模具鋼及不銹耐熱鋼等。

缺點及措施

電渣重熔渣系存在著一些缺點,如渣成分不在低熔共晶點上,熔點偏高;渣的電導率高,重熔電耗高;渣中CaF2含量高,熔煉中易污染環境;鋼中夾雜物以脆性鋁酸鹽及剛玉為主,影響鋼的塑性和韌性等。
為了避免上述缺點,近年來開發了CaF2-CaO-Al2O3三元渣系,CaF2-CaO-Al2O3-MgO四元渣系及CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2五元渣系等。這些渣系的成分基本選擇在三元共晶線上,渣的熔點較低,渣皮凝固時偏析現象較輕微,渣成分穩定,鑄錠表面光潔,成型良好。而且這些渣系具有較低的電導率,提高了電效率,因渣中CaF2減少,造成的污染也有所減輕,渣中含少量MgO或SiO2,防止了鋼液吸氣,使鑄錠表面光潔。

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