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電渣重熔渣系知識總匯
發(fā)布時間：2020-04-21 來源：百度
電渣重熔渣系(slags electroslag remelting)


   含有CaO、CaF2、Al2O3、MgO、SiO2等成分在高溫下具有適當電導率并具有脫硫、脫磷、去除非金屬夾雜物等能力的堿性熔體。熔融渣池是電渣重熔工藝的核心部分，它在金屬的熔化、精煉、凝固過程中起著極為重要的作用。

 
渣的功能      
     電渣重熔渣的功能如下：(1)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，并滿足熔煉溫度的需要。(2)作為凈化劑。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、凈化。(3)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，并有利于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       
     電渣重熔渣系、配比和渣量的選擇對-電渣鋼的冶金質量、熔煉技術經(jīng)濟指標以及環(huán)境保護具有重大的影響。為了滿足各項技術經(jīng)濟指標的要求，必須從熔點、電導、黏度、堿度、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        渣的熔點應低于重熔金屬熔點，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(shù)難以穩(wěn)定的現(xiàn)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?shù)碾妼剩援a(chǎn)生足夠的熱量，保證金屬熔化、過熱及精煉的進行，并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?shù)酿ざ龋⑶以诟邷叵吗ざ戎惦S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，利于去氣脫硫等物化反應的進行，利于形成薄渣皮，提高鑄錠表面質量。一般熔渣在1800℃時，黏度η≤0.5Pa?s。
堿度為了保證重熔過程脫硫良好，熔渣應具有較高的堿度，一般堿度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，以有助于渣殼分離，防止熔渣卷入金屬內；而熔渣與非金屬夾雜物之間的表面張力越小越好，以利于熔渣對非金屬夾雜物的浸潤、吸附和溶解。

其他特性       
     熔渣中不應含有高蒸氣壓組元，不應含有不穩(wěn)定氧化物及變價氧化物，以防止熔渣揮發(fā)、金屬增氧及元素燒損。同時，渣在固態(tài)時應具有一定的抗?jié)裥裕灰装l(fā)生水合作用。高溫時的熔渣應具有較小的透氣性，防止周圍氣氛中的氮、氫、氧進入金屬熔池；當鑄錠與結晶器相對移動時，為保證渣皮不破裂，獲得良好的鑄錠表面，要求渣皮在高溫時具有一定的強度和塑性等。此外，選擇渣系要注意安全性和經(jīng)濟性，熔渣應不析出或盡量少析出危害操作人員健康、污染環(huán)境的有害氣體和灰塵，并盡量因地制宜、選用價格低廉的原料。

渣的組元      
     常用渣系的基本形態(tài)是以CaF2為基礎，配入適當?shù)腃aO、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。(1)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(huán)境污染。(2)CaO：渣中加入CaO將增大渣的堿度，提高脫硫效率，在CaO加入量為40％情況下，脫硫率*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。(3)Al2O3能明顯降低渣的電導率，減少電耗，提高生產(chǎn)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，并將降低渣的脫硫效果，另外會使重熔過程難以建立和穩(wěn)定。一般Al2O3的含量不大于50％。(4)MgO渣中含有適當?shù)腗gO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％。(5)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(tài)，由鋁酸鹽夾雜變?yōu)楣杷猁}夾雜，使鋼材易于加工變形。但是渣中SiO2含量過多，則有反應2CaF2+SiO2＝2CaOS+SiF4↑發(fā)生，造成渣中CaF2的揮發(fā)損失，另外SiO2高還將使金屬中SiO2含量增加。(6)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，常采用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      
     *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，適用于重熔滾珠軸承鋼、合金結構鋼、高速工具鋼、模具鋼及不銹耐熱鋼等。但這種渣存在著一些缺點，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(huán)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CaF2-Al2O3渣系的上述缺點，近年來開發(fā)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(見表1～表3)。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(xiàn)象較輕微，渣成分穩(wěn)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。這些渣系的缺點是含有CaO，易于吸水，因此必須十分注意保持渣料的干燥，以防止鋼水吸氫增氧。
 
     上述渣系均含有CaF2，據(jù)測試CaF270％+Al2O330％和CaF220％+Al2O340％+CaO40％的渣，氟的發(fā)散量分別為30～35mg／m3和12～18mg／m3。為了防止重熔中氟的揮發(fā)對環(huán)境的污染，近年來各國都致力于無氟渣的開發(fā)，無氟渣基本上采用CaO-Al2O3渣系，有時加入少量的MgO。(表4)這種渣系具有較低的電導率，在1600℃時，其電導率僅為CaF2-CaO-Al2O3渣的1/5，熔化速率可提高20％～40％，其生產(chǎn)率高，電0．耗低，而且無氟渣去氧、脫硫效果良好。但是無氟渣也存在著一些操作上的問題，如無氟渣熔點高，導電率低，引燃困難，需要液渣引燃；無氟渣的成分在CaO-Al2O3。共晶點附近，該共晶點液相線陡升，液渣成分稍有波動，渣熔點變化即很顯著，影響鑄錠成型，要求電渣輸入功率要穩(wěn)定，工藝操作不如氟化物渣系易于控制；無氟渣的電導率低，重熔時需要較高的工作電壓，影響爐前操作的安全，需采用大充填比重熔；另外無氟渣CaO含量高易吸水增氫等。因此，雖然無氟渣在防止污染和提高電渣重熔熱效率方面具有突出的優(yōu)越性，但仍處于試驗階段。
 
      長期以來，電渣重熔一直沿用堿性渣及中性渣，對渣中SiO2含量予以限制。為了適當降低CaF2-CaO-Al2O3渣系熔渣氧離子活度，防止吸氫增氧，近年來開始在渣中加入SiO2，采用酸性渣以滿足工業(yè)發(fā)展的需要，其成分見表5。堿性渣脫磷脫硫效果良好，但它具有較高的透氣性，不可避免地將提高鋼中含氫量。隨著電渣重熔錠型的日益大型化，渣池與大氣接觸面積增加，電渣錠去氫問題日益尖銳。酸性渣雖不利于脫硫脫磷，但由于透氣性差，利于除氫。對于50～300t重的直徑1000～3000mm的大錠采用酸性渣(B<1)重熔，防止鋼中增氫效果明顯。用堿性渣重熔，氫會增*8cm3／100g，而用酸性渣重熔，則鋼中氫含量不超過2cm3／100g。另外，采用酸性渣重熔，可以改變鋼中非金屬夾雜物形態(tài)。用堿性渣重熔，鋼中夾雜物以剛玉為主(Al2O360％～90％，SiO2<20％)，若用酸性渣重熔，鋼中夾雜物以硅酸鹽為主(SiO240％～60％，Al2O315％～20％)，為塑性夾雜物，而易于加工。但是，使用酸性渣必須解決其電導率低引起電渣過程不穩(wěn)，以及重熔含有易氧化元素的鋼時其合金元素的燒損問題。
 
     電渣重熔含Ti鋼和含Mg鋼等特殊用鋼，常常在渣中加入一定量的TiO2或MgO，從而達到抑制鋼中鈦或鎂的燒損，提高其收得率的目的。前蘇聯(lián)用AHφ-21渣(CaF250％+Al2O325％+TiO225％)重熔含Ti鋼、美國采用CaF270％+Al2O320％+TiO210％渣重熔馬氏體時效鋼等，Ti的收得率均大于90％。前蘇聯(lián)用九AHφ-9渣(CaF265％～75％+MgO25～35％)、**用CCaF255％+Al2O325％+MgO10％+CaO10％渣系冶煉含鎂合金，均起到了“平衡渣”的作用。
     另外，人們對渣中添加少量稀土氧化物以降低渣的氧化勢和熔點，增加渣的穩(wěn)定性，減少鋼中活潑金屬的氧化損失等，也進行了一定的探討，由于稀土氧化物價格偏高而未能廣泛應用。
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