电渣重熔过程中i的影响因素

电渣重熔过程中i的影响因素

1采用电渣重熔组合生产的增强和完善我国铁艺粉学材料gh-42烷基是以15rc-25nife为基础的稳定火山岩，由金属r相[ni3（ti，al）]增加铁基变形高温合金。该合金适于600～700℃长期使用的高温部件。合金具有稳定的工艺性能和使用温度下良好的综合性能。产品主要用于某发动机的一、二级涡轮盘和承力环。我厂一般采用电弧炉冶炼=电渣重熔双联工艺生产GH2132合金。采用电渣重熔工艺生产GH2132合金这类高Ti低Al型高温合金,会产生一系列的问题:电渣重熔过程中合金元素Ti会被大量烧损,使合金的Ti成分不好控制;而且由于重熔过程的各个时期Ti烧损量不稳定,使钢锭轴向各部位Ti含量波动很大,从而造成合金的化学成分不均匀而影响性能;母合金中的Ti氧化后生成Ti的各种氧化物进入熔渣,进而改变炉渣的物理化学性质,特别是在重熔后半期,影响钢锭上半部的表面成型质量。面对这些问题,为保证合金中Ti的成分,工业上常采取三种方法:(1)调整渣系组元;(2)渣中加入Al粉;(3)控制重熔工作电压。本文主要从调整渣系组元方面来讨论Ti的烧损等问题。2试验材料和试验方法2.1水冷结晶器及热控制板的研制试验母材均为本厂电弧炉冶炼的炉号不同的GH2132合金。重熔过程中采用我厂1t单相双支臂电渣炉设备,水冷结晶器的尺寸为ϕ360×1375mm,电极棒为ϕ240mm,空载电压62V,电流8000A±,水冷温度40℃～60℃。2.2u3000b渣系A渣系:CaF2∶Al2O3∶CaO∶MgO=53∶29∶12∶6渣量=34kgB渣系:CaF2∶Al2O3∶CaO∶TiO2=76∶10∶8∶6渣量=35.5kg2.3对成品钢锭中ti的烧损情况的分析试验选用2种不同渣系A、B。经过比较它们对成品钢锭中Ti的烧损大小,钢锭表面质量及轴向Al、Ti成分偏差影响的大小,得出比较理想的渣量及渣质比。3[ti]轴向波动结果比较:1.渣系A:[Al]轴向最大波动0.08%,[Ti]轴向最大波动0.17%,ΔAl=2.3%,ΔTi=9.1%渣系B:[Al]轴向最大波动0.045%,[Ti]轴向最大波动0.065%,ΔAl=1.8%,ΔTi=5%2.渣系A:有5炉小头[Ti]≥2.25%,有2炉大头[Ti]≥2.25%渣系B:[Ti]成分4炉完全在2.10%～2.25%之间。根据用户反馈的信息,[Ti]成分控制在2.10%～2.25%之间最理想,以上分析表明B渣系明显优于A渣系。3.渣系A:2炉表面较好,1炉稍差,3炉较差;渣系B:4炉表面较好,1炉稍差,1炉较差。从表面质量来看渣系B明显优于前者。4分析与讨论4.1铜渣的作用及碳化渣系直接影响到电渣重熔过程的稳定和电渣重熔产品的质量,它应满足以下条件:(1)适当的导电性,保证电渣过程的稳定和提供重熔所需能量。(2)比较低的熔点和粘度,保证钢锭的表面质量。(3)透气性小,防止大气中的O2进入金属熔池。(4)较大的密度,增加渣—钢相对接触时间,使冶金反应能充分进行。(5)较小的表面张力。渣系各种组元的作用不尽相同,它们的作用分别是:(1)CaF2降低熔渣液相线温度,提高渣的电导率,降低渣的粘度及表面张力。(2)Al2O3主要降低渣的电导率。(3)MgO降低渣面温度,保护合金中的易氧化元素。(4)CaO除降低渣系的电导率外,主要增强渣的脱硫能力。在实践中还发现MgO加入CaF-Al2O3-TiO2的渣系之后能降低渣系的熔点。对比两种渣系可发现B渣系中用TiO2代换了CaO,使渣的熔点和渣面温度降低,并且保护了Al、Ti易氧化元素。从而使电渣渣系向有利于优化重熔的方向进行。4.2物理反应分析4.2.1提高钢渣的表面质量GH2132合金电渣重熔钢锭的表面质量及轴向化学成分的控制可归结为对渣皮厚度均匀性的控制。当渣皮厚度保持不变或变化很小时,钢锭表面光滑,[Ti]的烧损也小。由文献知:结晶器壁附近的径向温度应符合下面公式t=αeb/I(1)当1=δs(渣皮厚度)时,得δs=b/(Int-Inα)(2)式中t——渣液相线温度;α——高温区温度;b——常数且小于0、金属熔池/渣池界面靠近结晶器壁的变化率。它取决于该处渣池内电流密度分布及热传导条件。由以上公式很容易得知:渣皮厚度δs是随b及t的增加而增加、随α值的增加而减少。渣液相线温度越低,表面质量越好,这就要求渣系的熔点越低越好。由于熔化过程中[Ti]不断烧损,导致渣中(TiO2)增加,使熔点升高,粘度增加,钢渣难以分离。由此看来,降低渣液相线的温度和渣系的熔点,稳定重熔过程减小[Ti]的烧损,是改善钢锭表面质量的重要条件。选择的渣系必须有一定的比电导,提高钢锭表面成型质量。渣系还必须有良好的流动性,以利于传热,同时要求电流密度分布均匀合理。这就要求渣系有较低的粘度。较小的表面张力。以改善钢锭的表面质量。综上所述:增加CaF2的比例可以取代部分、Al2O3、而GH2132合金经过电弧炉脱硫[S]已在要求范围之内,因此CaO可以被完全取代。在渣中加入MgO可以降低合金的熔点、提高合金的表面质量、保护合金中易氧化元素、降低渣系的蒸汽压防止了大气中O2的进入。4.2.2空气中ti的再氧化金属tioGH2132合金电渣重熔一直存在[Ti]的烧损问题,烧损的氧源主要有两个方面:(1)空气中的O2通过氧化渣池中Ti的低价氧化物,生成(TiO2)再氧化金属中的[Ti]。(2)渣中的不稳定氧化物SiO2等及Al2O3氧化金属[Ti]。(1)电极熔液层和金属界面的反应(Ti3O5)+1/2(O2)=3(TiO2)(3)ΔF1=-93000+26.69T(a)渣气界面温度约为1673KΔF1(1673K)=-48.3×4.1868J(b)电极熔液层或金属与界面的反应1/2[Ti]+5/2(TiO2)=Ti2O3(4)F2=-12200-0.835T(c)F2(1973K)=-13.875×4.186J(d)由(3),(4)知:渣中(Ti2O3)是控制烧[Ti]的决定因素。(Ti3O5)是不稳定的氧化物,极易被大气中的O2氧化生成(TiO2),由此看来所选渣系必须能提高(Ti3O5)的平衡系数,起到降低(Ti3O5)平衡浓度的作用。在本次试验的渣系中B渣系加入一定量的(TiO2)就起到抑制反应的作用(化学平衡原理),也就是抑制[Ti]的烧损。(2)氧源的增加al渣中重要的反应有:[Ti]+2/3(Al2O3)=4/3[Al]+(TiO2)(5)F3=37265-8.56T(e)在1973K自发进行,其平衡常数K3(1973K)=5.53×10-337265-8.56T+RTIn(a4/3aTiO2/aTia2/3A1203)<0(f)相对含[Ti]=2.2%的GH2132合金中发生氧化的条件为当[Al]=0.25%时,a2/3A1203=2.786aTiO2当[Al]=0.15%时,a2/3A1203=1.375aTiO2由以上计算可知:母材含[Al]低,将使烧[Ti]的反应更容易进行,渣中高含量的(Al2O3)是烧[Ti]的氧源;随着重熔过程的进行,渣中aTiO2不断提高,使得烧[Ti]增[Al]的现象呈减弱趋势;由于渣中MgO的作用,Al2O3的活度系数提高,TiO2活度系数降