氬氣保護電渣重熔GH2132提高Ti收得率實踐

賈景巖，練明生，曹海洋

（江蘇申源集團有限公司，江蘇 泰州 225721）

GH2132是鐵基沉淀強化變形高溫合金，加入了鉬、鈦、釩及微量硼進行綜合強化，在650℃以下具有高的屈服強度，加工塑性和焊接性能良好。適合用于工作溫度范圍以內(nèi)的承力部件，隨著非真空冶煉水平的提高，民用緊固件比如棒材、絲材用量巨大。優(yōu)質(zhì)GH2132合金的雙真空生產(chǎn)法，鋼水純凈度更高、氣體含量及低熔點元素更低，合金的強度和長期使用性能等更優(yōu)異。

隨著冶煉水平的不斷提高，GH2132非真空冶煉產(chǎn)品占據(jù)本鋼種大部分市場，目前冶煉工藝路線普遍采用以下四種：非真空感應爐+LF精煉+澆注電極棒+電渣重熔；電弧爐+LF精煉+澆注電極棒+電渣重熔（重熔過程中加鋁粉脫氧）；電弧爐+LF精煉+澆注電極棒+真空自耗重熔；真空感應爐+澆注電極棒+真空自耗重熔（優(yōu)質(zhì)GH2132生產(chǎn)法）。

本文在第二種冶煉方式基礎上，更改為使用氬氣保護電渣重熔：電弧爐+LF精煉+澆注電極棒+氬氣保護電渣重熔，與普通電渣爐的采用脫氧保Ti的方法相比，冶煉關鍵點控制-Ti元素燒損問題得到根本解決，而且還杜絕了外生夾雜，提高的鋼水純凈度，室溫抗拉強度接近優(yōu)質(zhì)冶煉工序產(chǎn)品指標。

1 試驗用料及設備

1.1 試驗用料-電極棒

兩種電渣方式使用的兩支電極棒1#和2#，冶煉方式：電弧爐+LF精煉+澆注電極棒，GH2132鋼種化學成標準及電極棒成分如下表1。

表1 試驗用料GH2132電極棒化學成分

兩支電極棒Ti含量幾乎無差別，其它元素的微小差值對試驗結(jié)果不造成定性影響。

1.2 試驗用料-渣料

電渣重熔使用渣料詳細如下表2。

表2 渣料組分含量及用量

1.3 設備

電渣重熔提高鋼的質(zhì)量效果良好，但是冶煉過程中易氧化元素被氧化的問題需要得到有效控制，才能得到合格高質(zhì)量電渣錠。實驗采用兩種方式電渣重熔方式并且進行了對比，目的是在冶煉整個過程，消除和降低氧對Ti元素燒損程度，確保鋼種化學成分合格，并減少頭尾部易燒損元素差值，使產(chǎn)品性能均勻穩(wěn)定。兩種電渣重熔方法及原理示意圖如下圖1和圖2。

圖1 加鋁脫氧法冶煉過程示意圖

圖2 氬氣保護電渣重熔示意圖

電渣重熔：利用電能轉(zhuǎn)換為渣池熱能，熔化電極棒，電極棒熔滴滴落經(jīng)過熔渣進行渣洗提純，滴落到水冷結(jié)晶器進行結(jié)晶凝固成為電渣錠。

圖1是電渣過程中加鋁粉脫除渣中的氧，冶煉過程為防止熔滴和金屬熔池中的Ti元素氧化，冶煉過程利用加鋁粉的小車向渣池中均勻散入鋁粉且速度可調(diào)，消耗掉進入到渣池中的氧。

圖2為氬氣保護電渣重熔，整個冶煉過程處于近似密閉狀態(tài)，氬氣保護罩上裝有氧含量測量儀器，冶煉全程根據(jù)氧含量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)氬氣流量，保證整個空間氧含量小于50ppm。氬氣保護罩上端煙囪上面裝有重錘翻蓋，冶煉過程中渣料揮發(fā)物的揮發(fā)、氬氣流量充入過量后，都能頂開重錘逸出，罩內(nèi)保持充滿氬氣的微正壓狀態(tài)。

2 試驗方案

（1）1#電極棒使用加鋁脫氧法設備電渣重熔，冶煉前先向渣中加入200g鋁粉，起弧至整個熔煉過程使用加料車均勻加入鋁粉，試驗測得均勻加入鋁粉總量2Kg，產(chǎn)品Al含量增至0.25%接近要求上限，后期隨著加入量增多，Ti元素被保護效果無明顯增加。

（2）2#電極棒使用氬氣保護電渣重熔，冶煉前沖氬氣，氧氣分析儀＜50ppm送電冶煉，保持全程充氬氣。

3 試驗結(jié)果及分析

電渣過后，對兩根電渣錠底部和頂部取樣分析，并對后期的產(chǎn)品φ32盤條做了室溫拉伸性能檢測。

3.1 試驗結(jié)果

對電渣進行底部和頂部取樣分析易燒損元素變化結(jié)果如下表3、表4。

表3 1#電渣錠底部及頂部成分及Ti元素收得率

表4 2#電渣錠底部及頂部成分及Ti元素收得率

3.2 力學性能

氬氣保護電渣法生產(chǎn)產(chǎn)品φ32盤條室溫拉伸σP0.2達到650Pa，接近優(yōu)質(zhì)GH2132指標690KPa（中國航空手冊）。

3.3 試驗分析

試驗試產(chǎn)表明，氬氣保護電渣法是從根本解決Ti元素燒損的措施，還有效杜絕了過量鋁粉產(chǎn)生B類夾雜，圖3闡述了Ti元素燒損的主要化學反應。

圖3 Ti元素燒損的主要化學反應過程

通過兩種方式生產(chǎn)的電渣錠化學分析表明，結(jié)合Ti元素燒損原理示意圖，比例較大的Fe元素氧化傳氧方式是Ti元素氧化燒損的主要原因，渣中加TiO2充當生產(chǎn)物，阻止化學反正向進行的方法，不能從本質(zhì)解決元素燒損。

4 結(jié)論

（1）氬氣保護電渣法明顯優(yōu)于過程鋁粉脫氧法，Ti元素收得率底部93%、頂部96.2。

（2）氬氣保護電渣法從源頭控制氧氣進入渣中，是防止元素氧化燒損的最有效的方法，阻止傳氧介質(zhì)FeO的形成。采用此種電渣方式，Ti元素的氧化主要受電極棒含氧量和表皮氧化黑皮的影響。

（3）對氬氣保護法生產(chǎn)的產(chǎn)品力學性能檢測，室溫拉伸σP0.2達到650Pa，接近優(yōu)質(zhì)GH2132指標690KPa（中國航空手冊）。