電渣用無冒口電極錠工藝開發與實踐

張永亮

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

電渣重熔法是一種利用熔渣的電阻熱來重熔自耗電極的方法[1]。電渣爐的電極常采用鍛造或直接澆鑄生產，而直接澆鑄的電極多為細長型[2]，且為了保證內部質量有一定的冒容比，通過研究分析認為較小的冒容比如5%時，由于冒口保溫能力受限，無法對電極錠中心部位的孤立液相區進行及時補縮，形成二次縮孔，為減少二次縮孔的產生需要增加冒容比為10%以上[3]。

目前影響電渣錠成本的一項重要指標是成材率的問題，電渣錠澆鑄完后在山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡稱太鋼）電渣爐上不能直接使用，需要對澆鑄電極錠進行加工處理，將冒口切除。太鋼常用5.6 t電極錠設計冒容比為7.5%，凝固補縮后電極錠的冒口重量約占鋼錠重量的4%左右，也即鋼錠冒口切除部分為4%，導致金屬的成材率較低。為提高電渣錠的成材率進行了無冒口電極錠的工藝開發，采用專用無冒口電極錠鋼錠模及配套的澆鑄工藝，澆鑄的電極錠能直接在電渣爐上使用，取消了電極錠的鋸切工序及冒口切除從而也提高了電極錠的成材率，降低了成本。

1 電極錠生產工藝流程

電極錠在太鋼第一煉鋼廠模鑄生產線生產其工藝流程：80 t電轉爐→80 t LF爐→80VD爐→模鑄澆鑄。

模鑄澆鑄工藝流程：備模→澆筑前的準備（包括檢查錠模、吹掃、充氬、掛渣等）→開澆前測溫→開澆前流鋼→錠身澆注→冒口補縮→澆鑄結束。澆注電極錠在型材進行鋸切后再與假電極焊接在電渣爐中進行重熔精煉。

2 無冒口電極錠工藝開發

本研究無冒口電極錠的開展主要以H13鋼種為例進行了研究與試驗[4-5]，澆鑄錠型為5.6 t電極坯，主要從澆鑄過熱度、過程保護渣的加入量、澆注速度的控制等方面開展了研究工作。

2.1 澆鑄過熱度控制

澆鑄過熱度也即開澆溫度與液相線溫度差是影響鋼錠凝固時間和澆注過程順利進行的一項重要指標。澆鑄過熱度高時澆注過程能順利進行但凝固時間長，若澆注過熱度偏低時澆鑄過程易出現結冷鋼導致澆注困難的問題，但凝固時間短，能快速凝固形成鑄錠。

無冒口電極坯的主要特點是澆注結束后最后澆注面也即冒口端面能快速凝固，形成凝固平面，防止因凝固收收縮和補縮導致斷面不平或表面縮孔。

表1 H13澆鑄成分控制情況 %

利用相圖軟件計算的H13熔點如圖1。

據相關資料整理計算得到H13密度與溫度的關系如下頁圖2。

由分析可知，H13的溶化后密度隨溫度的變化較大，密度與鋼水的黏度喲直接關系，密度增加黏度增加，鋼水的流動性變差，鋼水的可澆性差。

根據鋼種特性初步試驗了三種過熱度工藝，分別為40~50℃、30~40℃、20~30℃。對試驗鋼錠凝固端面測量邊部與半徑1/4處及中心的垂直距離以評價凝固端面的平整性，測量結果如圖3，圖中中心與邊部的垂直距離大是由于中心縮孔導致的。

圖2 H13溫度與密度的關系

圖3 不同澆鑄過熱度下凝固端面邊部距1/4和中心的垂直距離

從試驗結果看，過熱度大于30℃后澆鑄結束斷面溫度較高，不能快速凝固形成凝殼，導致上部鋼水在下部鋼錠凝固過程中由于收縮的作用形成較大的縮孔；試驗過熱度為20~30℃時，在一定的澆鑄速度下斷面能很快凝固形成較為平整的凝固殼。

2.2 保護渣加入量的控制

模鑄保護渣在鋼錠澆注過程中主要起潤滑表面和上部保溫的作用，而無冒口澆鑄工藝要求保護渣在保證潤滑的情況下，減弱或取消保護渣的保溫作用。因在保護渣保溫作用下澆注結束冒口端的鋼水不能快速凝固形成凝殼，易形成縮孔缺陷與提高澆注過熱度存在同樣的問題。

為掌握保護渣合理的加入量，在過熱度為20~30℃情況下，試驗了保護渣加入量為7.5 kg/支、4.5 kg/支、2.5 kg/支三組試驗。對試驗鋼錠凝固端面測量邊部與半徑1/4處及中心的垂直距離以評價凝固端面的平整性，測量結果如圖4，圖中中心與邊部的垂直距離大是由于中心縮孔導致的。

圖4 不同保護渣加入量下凝固端面邊部距1/4和中心的垂直距離

試驗結果表明：保護渣加入量為2.5 kg/支情況下，在合理的澆鑄速度下能形成理想的凝固殼。

2.3 澆鑄速度的控制

常規鋼錠澆鑄過程為開澆大流量、中間穩流澆鑄、接近冒口開始一次減流、冒口小流量補縮，采用此工藝澆鑄鋼錠的內部質量相對致密。但澆注電極坯是由于還要進行一次電渣精煉操作對鋼錠內部質量的要求相對較低，但對斷面的質量的要求較高。在確定鋼水過熱度、保護渣加入量的情況下，試驗2種不同澆鑄工藝下鋼錠斷面平整情況（見圖5）。

圖5 不同澆鑄工藝下凝固端面邊部距1/4和中心的垂直距離

試驗確定了合理的無冒口澆注工藝為過熱度20~30℃、保護渣加入量為2.5 kg/支并采用圖5中工藝2的澆鑄工藝，生產的無冒口電極坯斷面較為平整達到了電渣直接使用的目的，降低了電渣生產成本。實物典型圖片如圖6。

圖6 無冒口澆注電極坯實物圖

3 無冒口電極坯對鋼中氣體及純凈度的影響研究

為驗證無冒口澆注電極坯與原工藝澆鑄電極坯對鋼錠質量的影響，取樣對比分析了電渣后氧含量，對比分析結果見圖7。

圖7 兩種工藝下電渣后鋼中氧含量情況

從對比分析結果可知，兩種工藝下的氧含量情況基本相當，表明無冒口電極坯工藝對鋼錠的質量無影響。

4 結論

1）研究了無冒口澆鑄工藝因素對鋼錠斷面質量的影響情況，研究確定了最佳的操作與控制工藝參數，H13開澆過熱度控制在20~30℃、保護渣加入量為2.5 kg/支并采用圖5中工藝2的澆注工藝，實現了澆鑄電極坯直接在電渣使用的目的，同時也降低電渣成本。

2）對比分析了無冒口澆鑄電極坯對鋼錠質量的影響，對比了代表性指標氧含量情況，兩種工藝下氧含量基本相當，表明無冒口電極坯工藝對鋼錠的質量無影響。