鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)、冶煉方法及鋼錠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)、冶煉方法及鋼錠，屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。該冶煉系統(tǒng)或者冶煉方法通過電渣爐在精煉過程建立金屬熔池和熔渣層，存在偏析的鋼錠在熔池中化學成分重新均勻，伴隨著熔池的液面上漲，下部鋼液凝固結(jié)晶。在電渣爐水冷結(jié)晶器快速冷卻的優(yōu)良條件下，電渣爐中鋼錠采用自下而上的順序結(jié)晶，經(jīng)過電渣重熔的鋼錠結(jié)晶組織得到有效改善，鋼錠中晶粒得到細化，枝晶間距大幅降低，由于選分結(jié)晶造成的偏析可以得到很好解決。同時，由于在電渣爐熔煉末期，自耗電極凝固補縮的處置和熔渣自身的保溫作用，可以大幅降低鋼錠上部存在的凝固偏析。
【專利說明】鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)、冶煉方法及鋼錠

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)、 冶煉方法及鋼錠。

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代社會高速發(fā)展的進程中，對高質(zhì)量高性能鋼鐵的要求越來越高。其中偏析 使鋼材在機械性能和物理性能上產(chǎn)生很大的差異，甚至出現(xiàn)各向異性，降低金屬收得率，影 響鋼材制品的有效利用和使用壽命。如鋼錠中硫的偏析能破壞金屬的連續(xù)性，乳制或鍛造 時引起鋼坯的熱脆，乳制鋼板時甚至引起夾層廢品，嚴重影響鋼板的冷彎性能。硫的偏析往 往還是承受交變載荷的零部件引起疲勞斷裂的主要根源之一。磷的偏析能使鋼材制品產(chǎn)生 冷脆性，并促使鋼的回火脆性。宏觀偏析將一直殘留到最后產(chǎn)品中，危害產(chǎn)品的使用性能， 甚至造成隱患。
[0003] 偏析是在鑄造過程中當鋼液溫度冷卻至固-液兩相區(qū)后由于選分結(jié)晶的緣故，造 成的鋼錠成分不均勻現(xiàn)象。偏析分為顯微偏析和宏觀偏析兩種，顯微偏析是指小范圍（約 一個晶粒范圍）內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象，按位置不同可分為晶內(nèi)偏析和晶界偏析，晶內(nèi)偏析 是在一個晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，常產(chǎn)生于具有結(jié)晶范圍、能夠形成固溶體的合金 中，固溶體合金按樹枝晶方式生產(chǎn)時，先結(jié)晶的枝干與后結(jié)晶的分枝也存在著成分差異。晶 界偏析是在合金凝固過程中，溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物富集于晶界，使晶界與晶內(nèi)的化學 成分出現(xiàn)差異，這種成分不均勻現(xiàn)象稱為晶界偏析。晶界偏析比晶內(nèi)偏析危害大，既能降低 合金的塑性與高溫性能，又增加熱裂紋傾向。微觀偏析是一種不平衡狀態(tài)，在熱力學上是不 穩(wěn)定的，可通過擴散退火或均勻化退火來消除，即將合金加熱到低于固相線100-200°C的溫 度，進行長時間保溫，使偏析元素進行充分擴散，以達到均勻化。
[0004] 宏觀偏析指發(fā)生在較大區(qū)域范圍的偏析，在鑄錠中一旦形成無法通過退火消除， 造成鋼錠質(zhì)量性能大幅下降，嚴重時直接造成鋼錠報廢。宏觀偏析在鋼錠內(nèi)部主要包括V 型偏析、A型偏析和帶狀偏析。V型偏析表現(xiàn)為在鋼錠中心部位縱向C、S、P等元素的富集， A型偏析表現(xiàn)為富集元素縱向分布于鋼錠中央部分周圍，帶狀偏析形成的特點是總是和凝 固的固-液界面相平行，因此也是縱向分布于鋼錠模中。
[0005] 宏觀偏析存在于鋼錠中，經(jīng)過軋制偏析部位被拉長，在鋼錠橫截面上成分偏差較 大，缺陷和廢品率大幅提1?，為提1?廣品的質(zhì)量，在存在各種缺陷的鋼淀中引入降低宏觀偏 析的工藝措施顯得迫切需要。
[0006]目前常規(guī)降低偏析的手段是對澆鑄的鋼錠或鋼坯采取熱處理或者鍛打工藝。但是 單一的熱處理或者鍛打工藝對成分均勻化的效果有限，而且二者均工藝過程復雜，生產(chǎn)周 期很長。尤其對于大型鋼錠或鋼坯，需要很大型的加熱爐和鍛打設備，鍛打過程中反復回 爐加熱（鍛打過程工件溫度降低到一定程度后必須回爐再加熱，不然鍛打不動或者鍛打裂 開），這就需要大量的設備和人力投入，投資很大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種無需加熱爐或者鍛打設備即可降低鋼錠成分 偏析的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)、冶煉方法及鋼錠。
[0008] 本發(fā)明提供的鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)包括中頻感應爐、澆鑄系 統(tǒng)、假電極連接裝置和電渣爐，
[0009] 所述中頻感應爐用于熔煉鋼水，
[0010] 所述澆鑄系統(tǒng)用于對所述經(jīng)過熔煉得到的鋼水進行澆鑄，形成存在偏析的自耗電 極，
[0011] 所述假電極連接裝置用于在所述存在偏析的自耗電極末端焊接奧氏體不銹鋼假 電極，
[0012] 所述電渣爐用于對焊接有所述假電極的自耗電極進行重新熔煉，使得縱向分布于 鋼錠中的偏析在所述電渣爐橫向重新熔煉下重新均勻結(jié)晶，得到偏析改善的鋼錠。
[0013] 作為優(yōu)選，所述鋼錠為大型鋼錠，所述電渣爐為連續(xù)抽錠式電炸爐。
[0014] 本發(fā)明提供的鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉方法，基于本發(fā)明提供的中頻感 應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)而實現(xiàn)，所述冶煉方法包括以下步驟：
[0015] 步驟1 :在所述中頻感應爐中熔煉鋼水，
[0016] 步驟2 :應用所述澆鑄系統(tǒng)對所述經(jīng)過熔煉得到的鋼水進行澆鑄，形成存在偏析 的自耗電極，
[0017] 步驟3 :應用所述假電極連接裝置在所述存在偏析的自耗電極末端焊接奧氏體不 銹鋼假電極，
[0018] 步驟4:應用所述電渣爐對焊接有所述假電極的自耗電極進行重新熔煉，使得縱 向分布于鋼錠中的偏析在所述電渣爐橫向重新熔煉下重新均勻結(jié)晶，得到偏析改善的鋼 錠。
[0019] 作為優(yōu)選，所述電渣爐中選用的合成渣需要經(jīng)過300°C以上溫度烘烤2小時后經(jīng) 脫除水分后使用，所述電渣爐中選用的合成渣是在電渣爐起弧穩(wěn)定后按照預定速度加入至 電渣爐中的。
[0020] 作為優(yōu)選，在所述電渣爐起弧期形成穩(wěn)定的渣池后，轉(zhuǎn)為電壓波動控制，同時，保 持熔速和電流穩(wěn)定。
[0021] 作為優(yōu)選在所述電渣爐熱封頂時，電流初始設定為穩(wěn)定期的實際電流的70% - 85%。
[0022] 本發(fā)明提供的鋼錠，由本發(fā)明提供的的冶煉系統(tǒng)或者本發(fā)明提供的冶煉方法冶煉 而成。
[0023] 本發(fā)明提供的冶煉系統(tǒng)或者冶煉方法通過電渣爐在精煉過程建立金屬熔池和熔 渣層，存在偏析的鋼錠在熔池中化學成分重新均勻，伴隨著熔池的液面上漲，下部鋼液凝固 結(jié)晶。在電渣爐水冷結(jié)晶器快速冷卻的優(yōu)良條件下，電渣爐中鋼錠采用自下而上的順序結(jié) 晶，經(jīng)過電渣重熔的鋼錠結(jié)晶組織得到有效改善，鋼錠中晶粒得到細化，枝晶間距大幅降 低，由于選分結(jié)晶造成的偏析可以得到很好解決。同時，由于在電渣爐熔煉末期，自耗電極 凝固補縮的處置和熔渣自身的保溫作用，可以大幅降低鋼錠上部存在的凝固偏析。在電渣 爐的成分合適的渣池和穩(wěn)定的鋼液熔池精煉下，最終鑄錠中含硫量低、非金屬夾雜物少、鋼 錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明提供的鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)示意圖；
[0025] 圖2傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例1鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 縱向C含量偏析的鋼錠長度-C含量對比圖；
[0026] 圖3傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例1鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 橫向C含量偏析的C含量-鋼錠直徑對比圖；
[0027] 圖4傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例1鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 縱向P含量偏析的鋼錠長度-P含量對比圖；
[0028] 圖5傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例1鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 橫向P含量偏析的P含量-鋼錠直徑對比圖；
[0029] 圖6傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例1鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 縱向S含量偏析的鋼錠長度-S含量對比圖；
[0030] 圖7傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例1鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 橫向S含量偏析的S含量-鋼錠直徑對比圖；
[0031] 圖8傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例2鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 縱向C含量偏析的鋼錠長度-C含量對比圖；
[0032] 圖9傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例2鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠中 橫向C含量偏析的C含量-鋼錠直徑對比圖；
[0033] 圖10傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例2鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中縱向P含量偏析的鋼錠長度-P含量對比圖；
[0034] 圖11傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例2鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中橫向P含量偏析的P含量-鋼錠直徑對比圖；
[0035] 圖12傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例2鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中縱向S含量偏析的鋼錠長度-S含量對比圖；
[0036] 圖13傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例2鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中橫向S含量偏析的S含量-鋼錠直徑對比圖；
[0037] 圖14傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例3鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中縱向C含量偏析的鋼錠長度-C含量對比圖；
[0038] 圖15傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例3鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中橫向C含量偏析的C含量-鋼錠直徑對比圖；
[0039] 圖16傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例3鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中縱向P含量偏析的鋼錠長度-P含量對比圖；
[0040] 圖17傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例3鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中橫向P含量偏析的P含量-鋼錠直徑對比圖；
[0041] 圖18傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例3鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中縱向S含量偏析的鋼錠長度-S含量對比圖；
[0042] 圖19傳統(tǒng)鋼錠和本發(fā)明實施例3鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉得到的鋼錠 中橫向S含量偏析的S含量-鋼錠直徑對比圖；
[0043] 其中，圖2?圖19中，圖例為實心小方塊的表示傳統(tǒng)鋼錠，圖例為實心小圓點的表 示本發(fā)明提供的采用本發(fā)明提供的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)或者冶煉方法得到的 鋼錠。

【具體實施方式】
[0044] 為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0045] 參見附圖1，本發(fā)明提供的鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)包括中頻感應 爐1、澆鑄系統(tǒng)2、假電極連接裝置和電渣爐3。中頻感應爐1用于熔煉鋼水。澆鑄系統(tǒng)2 用于對經(jīng)過熔煉得到的鋼水進行澆鑄，形成存在偏析的自耗電極，本實施例中，澆鑄系統(tǒng)由 澆鑄冒口、中柱管、趟道、鋼錠模、澆鑄底盤等組成。假電極連接裝置用于在存在偏析的自耗 電極末端焊接奧氏體不銹鋼假電極。電渣爐4用于對焊接有假電極的自耗電極進行重新熔 煉，使得縱向分布于鋼錠中的偏析在電渣爐橫向重新熔煉下重新均勻結(jié)晶，得到偏析改善 的鋼錠。其中，假電極連接裝置為連接電渣爐和自耗電極裝備，起連接夾緊和導電的雙重目 的。
[0046] 本發(fā)明提供的鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉方法的具體實現(xiàn)方式如下：
[0047] 1)設計中頻感應爐鋼錠規(guī)格形狀，以適合于用作電渣重熔爐的自耗電極，使中頻 感應爐鑄錠直接用于電渣重熔。
[0048] 2)中頻感應爐鋼錠在澆鑄過程中鋼錠上部極易產(chǎn)生疏松和縮孔，為此要求鋼錠模 要經(jīng)過充分烘烤到300°C以上，鋼錠模上部放置保溫效果好的保溫帽。
[0049] 3)中頻感應爐熔煉好目標鋼水后經(jīng)過鋼包出鋼，通過鋼包在澆鑄系統(tǒng)澆鑄，鋼液 通過中注管下注入自耗電極鋼錠模中，澆鑄采用慢-快-慢的操作工藝對鋼液進行澆鑄，并 在澆鑄末期通過控制鋼包水口開口度及時對鑄錠進行補縮。
[0050] 4)對澆鑄成功的自耗電極末端焊接奧氏體不銹鋼假電極，把自耗電極裝載入電渣 爐中進行電渣重熔作業(yè)。
[0051] 5)電渣爐精煉渣采用成分合適的合成漁，經(jīng)過300°C以上溫度烘烤2小時后經(jīng)脫 除水分后使用。
[0052] 6)電渣爐起弧后穩(wěn)定，按照預定速度加入合成渣；在起弧期形成穩(wěn)定的渣池后， 轉(zhuǎn)為電壓波動控制，保持熔速和電流等參數(shù)穩(wěn)定。
[0053] 7)電炸爐熱封頂時，電流初始設定為穩(wěn)定期的實際電流的70%-85%，不能使電 流太低，否則鋼水停止熔化，起不到封頂補縮目的。
[0054] 8)對于大型鋼錠或連鑄坯，采取上述方案時如果電渣爐是連續(xù)抽錠式的，更加經(jīng) 濟1?效。
[0055] 本發(fā)明提供的冶煉系統(tǒng)或者冶煉方法得到的鋼錠通過電渣爐在精煉過程建立金 屬熔池和熔渣層，電極在橫斷面上逐層熔化，熔滴通過渣層精煉，進入金屬熔池，其熔池相 比澆鑄工藝非常淺，存在偏析的鋼錠在熔池中化學成分從新均勻，伴隨著熔池的液面上漲， 下部鋼液凝固結(jié)晶。在電渣爐水冷結(jié)晶器快速冷卻的優(yōu)良條件下，電渣爐中鋼錠采用獨特 的自下而上的順序結(jié)晶，經(jīng)過電渣重熔鋼錠結(jié)晶組織得到有效改善，鋼中晶粒得到細化，枝 晶間距大幅降低，由于選分結(jié)晶造成的偏析可以得到很好解決。同時，由于在電渣爐熔煉末 期，自耗電極凝固補縮的處置和熔渣自身的保溫作用，可以大幅降低鋼錠上部存在的凝固 偏析。在電渣爐的成分合適的渣池和穩(wěn)定的鋼液熔池精煉下，最終鑄錠中含硫量低、非金屬 夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。
[0056] 下面舉例說明本發(fā)明提供的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)、冶煉方法如下：
[0057] 1)本發(fā)明所采用的鋼種為45號碳素鋼，其成分要求見表1，碳含量0.42 %? 〇. 5%，較高的碳含量有利于分析在碳在鋼錠內(nèi)部偏析分析。在500kg中頻感應爐上經(jīng)過 廢鋼熔化、熔渣還原、合金化、溫度調(diào)整等工藝，鋼水成分合格、溫度達到液相線之上100? 140°C時出鋼澆鑄，過高的澆鑄溫度易造成鑄錠上部大面積疏松、縮孔產(chǎn)生。實踐過程中出 現(xiàn)過高溫澆鑄造成鑄錠末端1/3為空心和縮孔現(xiàn)象。
[0058] 鋼種成分表145號碳素鋼成分
[0059]

【權(quán)利要求】
1. 一種鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)，其特征在于，包括中頻感應爐、澆鑄系 統(tǒng)、假電極連接裝置和電渣爐， 所述中頻感應爐用于熔煉鋼水， 所述澆鑄系統(tǒng)用于對所述經(jīng)過熔煉得到的鋼水進行模鑄，形成存在偏析的自耗電極， 所述假電極連接裝置用于在所述存在偏析的自耗電極末端焊接奧氏體不銹鋼假電極， 所述電渣爐用于對焊接有所述假電極的自耗電極進行重新熔煉，使得縱向分布于鋼錠 中的偏析在所述電渣爐橫向重新熔煉下重新均勻結(jié)晶，得到偏析改善的鋼錠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼錠為大型鋼錠，所述電渣爐為 連續(xù)抽錠式電炸爐。
3. -種鋼錠的中頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉方法，基于權(quán)利要求1或2所述的鋼錠的中 頻感應爐電渣爐雙聯(lián)冶煉系統(tǒng)而實現(xiàn)，所述冶煉方法包括以下步驟： 步驟1 :在所述中頻感應爐中熔煉鋼水， 步驟2 :應用所述澆鑄系統(tǒng)對所述經(jīng)過熔煉得到的鋼水進行澆鑄，形成存在偏析的自 耗電極， 步驟3 :應用所述假電極連接裝置在所述存在偏析的自耗電極末端焊接奧氏體不銹鋼 假電極， 步驟4 :應用所述電渣爐對焊接有所述假電極的自耗電極進行重新熔煉，使得縱向分 布于鋼錠中的偏析在所述電渣爐橫向重新熔煉下重新均勻結(jié)晶，得到偏析改善的鋼錠。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冶煉方法，其特征在于，所述電渣爐中選用的合成渣需要經(jīng) 過300°C以上溫度烘烤2小時后經(jīng)脫除水分后使用，所述電渣爐中選用的合成渣是在電渣 爐起弧穩(wěn)定后按照預定速度加入至電渣爐中的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的冶煉方法，其特征在于，在所述電渣爐起弧期形成穩(wěn)定的渣 池后，轉(zhuǎn)為電壓波動控制，同時，保持熔速和電流穩(wěn)定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冶煉方法，其特征在于，在所述電渣爐熱封頂時，電流初始設 定為穩(wěn)定期的實際電流的70%-85%。
7. -種鋼錠，其特征在于，由權(quán)利要求1或2所述的冶煉系統(tǒng)或者權(quán)利要求3?6中任 一所述的冶煉方法冶煉而成。
【文檔編號】B22D7/00GK104109760SQ201410344118
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】岳江波, 陳子宏, 甘曉龍, 杜濤, 汪波 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司