電渣重熔中去除夾雜物的一些考慮

陳 青

東北特鋼集團(tuán)大連基地搬遷指揮部電渣項(xiàng)目組，遼寧 大連 116031

東北特鋼大連基地特冶廠5t電渣爐考察發(fā)現(xiàn)，根據(jù)在特種冶煉廠1#，2#，5#爐考察的鋼渣接觸條件的比較：

電渣重熔過(guò)程液態(tài)金屬和熔渣充分接觸發(fā)生在3個(gè)階段：

1）電極熔化末端：自耗電極端頭，在熔渣內(nèi)受熔渣的電阻熱，沿表面逐層熔化，熔化金屬沿錐頭形成薄膜，金屬細(xì)流沿錐面滑移，在端頭匯聚成滴，金屬流內(nèi)可能產(chǎn)生湍流，不斷更新表面；

2）金屬熔滴滴落：電極端頭金屬滴在重力和電磁引縮效應(yīng)作用下，脫離電極滴落，穿過(guò)液態(tài)渣池，過(guò)渡到金屬熔池，滴內(nèi)金屬可能產(chǎn)生環(huán)流；

3）金屬熔池：金屬熔池上表面始終在渣層下和熔渣長(zhǎng)時(shí)間相接觸。

反映接觸條件有兩層含義，即接觸面積和作用時(shí)間。

由表1可見，電渣重熔在電極熔化末端鋼渣接觸面積達(dá)4220mm2/g，在熔滴過(guò)渡階段，鋼渣接觸面積達(dá)62.8mm2/g，這是其它冶金爐達(dá)不到的，如煉鋼廠30t電弧爐，鋼渣接觸面積僅0.34 mm2/g。

由于金屬熔池作用時(shí)間為1003s，一般考慮夾雜物浮生來(lái)研究夾雜物的去除是不對(duì)的，因?yàn)殡姌O錐頭和金屬熔滴的鋼渣反應(yīng)的比面積是4220mm2/g與62.8mm2/g遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于0.34mm2/g的金屬熔池的接觸比面積。

圖1

以上為電渣重熔電極錐頭面積對(duì)氧化物評(píng)級(jí)的影響：

橫坐標(biāo)為電極錐頭面積×103，mm2，縱坐標(biāo)為氧化物評(píng)級(jí)。

由圖1可看出不同的電極錐頭面積，重熔去除非金屬夾雜物的效果有顯著不同，電渣重熔去除鋼種非金屬夾雜物主要發(fā)生在電極熔化末端熔滴形成的過(guò)程中。

1）自耗電極沿表面熔化，沿錐面形成薄膜厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比熔滴半徑及金屬熔池深度小，其鋼渣接觸面積又比熔滴大，而且在逐漸熔化的過(guò)程中，任何部分夾雜物都可能和熔滴接觸和渣進(jìn)行反應(yīng)；

2）自耗電極由于熔化端頭呈錐形，其尖端在熔滴形成的末端，由于電磁引縮效應(yīng)，在端頭形成縮頸，所以端頭電流密度最大，有尖端放電的特征，也能論證這個(gè)區(qū)域溫度為最高；

3）電極熔化末端熔滴形成的時(shí)間比熔滴滴落的時(shí)間長(zhǎng)，見表1，盡管不如金屬熔池存在時(shí)間長(zhǎng)，但是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，將接觸面積和作用時(shí)間綜合考慮，可看出電極熔化端頭熔滴形成過(guò)程依然是夾雜物去除最有利過(guò)程；

4）電極熔化末端熔滴形成過(guò)程是最先和熔渣接觸并發(fā)生反應(yīng)部分，鋼中原始夾雜物含量最高，無(wú)疑可大量去除夾雜物。

電極端頭提純反應(yīng)可分為單個(gè)階段：第一，電極端頭未熔化高溫區(qū)，鋼中非金屬夾雜的分散和擴(kuò)散；第二，電極熔化錐頭液態(tài)薄膜層內(nèi)非金屬夾雜物的流動(dòng)；第三，電極熔化端頭，鋼渣界面，爐渣對(duì)非金屬夾雜的溶解和同化。

特冶廠重熔G20CrNi2MoA鋼，電極端頭固態(tài)受熱區(qū)，鋼中夾雜物總含量由0.065%～0.075%降至0.035%～0.045%，夾雜物尺寸顯著細(xì)化，但顆粒增多，這是由于在高溫1000℃以上的鋼液中不穩(wěn)定夾雜物分解。分解的氧部分溶入鋼液中并向液態(tài)金屬薄層擴(kuò)散，部分氧和鋼中合金元素化合形成新生細(xì)小夾雜物。溶解的氧由固相向液相擴(kuò)散，這是由于氧在液相具有大的多的溶解度，固態(tài)電極中過(guò)飽和的氧依次由上向下端液態(tài)金屬薄層內(nèi)轉(zhuǎn)移，并構(gòu)成一個(gè)典型的區(qū)域提純。電極熔化錐頭液態(tài)薄膜層內(nèi)，金屬沿錐頭向下流動(dòng)，鋼液中非金屬夾雜物一方面由于絮流擴(kuò)散由鋼液內(nèi)部向外層鋼渣界面轉(zhuǎn)移；另一方面受到重力作用，夾雜物上浮，部分抵消了擴(kuò)散作用。所以不是鋼中所有非金屬夾雜都能與爐渣接觸，這樣就影響了去夾雜效果，構(gòu)成過(guò)程中限制性環(huán)節(jié)。

電極熔化速度越小，液態(tài)金屬層就越薄，非金屬夾雜物尺寸越大，對(duì)去除夾雜物越有利。

所以在冶煉對(duì)夾雜物要求高的鋼種尤其是軸承鋼而言，簡(jiǎn)單的為了提高產(chǎn)量，而把渣系由三元改為四元，這樣雖然提高了渣的電阻比熱提高了熔化速度，但是對(duì)鋼中的夾雜物去除是有很大影響的。

電渣重熔后鋼中殘留夾雜物相當(dāng)一部分事金屬熔池冷卻及凝固過(guò)程二次氧化形成的新生夾雜，它的析出和分布與結(jié)晶條件有關(guān)系。底水箱，結(jié)晶器的水冷作用，渣況，補(bǔ)縮期間的合理配電工藝等等都是影響到金屬熔池冷卻過(guò)程中是否有合理的結(jié)晶走向。再者，在電渣冶煉前期的煉鋼階段最好有完善的起，浮，和，聚的細(xì)小夾雜變大尺度夾雜的過(guò)程，因?yàn)槌藠A雜物本身性質(zhì)的影響外，隨自耗電極原始夾雜物的平均尺寸的增大，電渣重熔非金屬夾雜物的去除率也是顯著提高的。

[1]劉福斌，臧喜民，姜周華，耿鑫.導(dǎo)電結(jié)晶器電渣重熔中非金屬夾雜物的去除[J].中國(guó)冶金，2010(5).

[2]黃利.電渣重熔系統(tǒng)電磁場(chǎng)及流場(chǎng)分析[D].東北大學(xué)，2008-07-01.

[3]耿鑫，姜周華，劉福斌，梁連科.電渣重熔過(guò)程中夾雜物的控制[J].鋼鐵，2009(12).

[4]張偉，徐玉松，陸敏松，李國(guó)一.電渣重熔馬氏體時(shí)效鋼中的非金屬夾雜物研究.特鋼技術(shù)，2009(4).