一种含Ti耐蚀合金抽锭电渣重熔板坯Ti元素控制方法

摘要

本发明涉及一种含Ti铁镍基耐蚀合金抽锭电渣重熔板坯Ti元素控制方法，所述控制方法为：设计合适的渣系；针对化学成分不同的每炉次电极，根据热力学计算方法得到Ti元素烧损达到平衡时渣系中TiO₂含量，选择匹配的渣系，从而控制Ti元素烧损；在电渣重熔开始时，先加入3%的SiO₂，电渣重熔进行2～3h后，向渣池加入剩余1%～3%的SiO₂；在电渣重熔过程中加Al粒对熔渣脱氧，Al粒和电极中Al含量之和控制在UNSN08825合金Al的上限0.2%。本发明解决了大气环境下含Ti铁镍基耐蚀合金UNSN08825板坯抽锭电渣重熔过程中，电渣重熔板坯表面质量、内部质量、Ti元素含量同时控制的问题。

主权项

一种含Ti铁镍基耐蚀合金抽锭电渣重熔板坯Ti元素控制方法，所述耐蚀合金为含Ti铁镍基耐蚀合金UNS N08825，其标准成分为C≤0.05%，Si≤0.5%，Mn≤1.0%，S≤0.03%，Cr19.5%～23.5%，Ni38%～46%，Mo2.5%～3.5%，Cu1.5%～3.0%，Al≤0.2%，Ti0.6%～1.2%；其特征在于所述Ti元素控制方法为：（一），设计合适的渣系，该渣一方面能够避免UNS N08825合金板坯抽锭电渣重熔过程中漏钢、漏渣、夹渣，另一方面能对Ti元素烧损进行抑制；所述渣系由CaF₂、CaO、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂组元组成，各个组元的质量百分比分别为：55%~60%、10%~15%、20%~25%、3%~5%、4%~6%；所述渣系1600℃的粘度为0.08～0.09Pa·s，防止熔渣从电渣锭与结晶器壁之间的缝隙中流出，造成漏渣，且与UNS N08825合金在1600℃时粘度0.008~0.009Pa·s相匹配，避免熔渣卷入钢液中形成夹渣；渣系1600℃的渣阻0.3～0.4Ω·cm，能够有效利用电能，提高电渣重熔效率；渣系熔点为1200～1250℃，低于UNS N08825合金的熔点1370～1400℃，能够形成良好的表面质量；（二），针对化学成分不同的每炉次电极，根据热力学计算方法得到Ti元素烧损达到平衡时渣系中TiO₂含量，选择匹配的渣系，从而控制Ti元素烧损；具体计算如下：（1）根据电极成分求出Al、Ti的活度a[Al]、a[Ti]：   公式1f_Al表示Al的活度系数，表示Al的质量分数；公式2                                                                 表示Al与元素i的相互作用系数，表示元素i的质量分数，i=Al……Ti；公式3f_Ti表示Ti的活度系数；公式4表示Ti与元素j的相互作用系数，表示元素j的质量分数，j=Ti……S；（2）石墨电极化渣阶段，熔渣中的TiO₂与C发生反应：化学反应式5公式6式中，——化学反应式5的标准吉布斯自由能，J/mol；a（Ti₃O₅）——熔渣中Ti₃O₅的活度，近似于Ti₃O₅的浓度X _Ti3O5； a（TiO₂）——熔渣中TiO₂的活度，近似于TiO₂的浓度X _TiO2； T——化渣温度，1973 K；（3）渣‑气界面Ti₃O₅会再次氧化成TiO₂：化学反应式7公式8式中，——化学反应式7的标准吉布斯自由能，J/mol；——大气下的氧分压，0.2atm；R——气体常数，8.314；       T——化学反应式 7的平衡温度，1873K；（4）电渣重熔阶段，电极中的Al将熔渣中的TiO₂还原为Ti₃O₅：化学反应式9公式10式中，——化学反应式9的标准吉布斯自由能，J/mol；a（Al₂O₃）——熔渣中Al₂O₃的活度，近似于Al₂O₃的浓度X _Al2O3；a[Al]——Al的活度；T——化学反应式9的平衡温度，1873K；（5）电渣重熔阶段，熔渣中的TiO₂将合金中的Ti氧化为Ti₃O₅：化学反应式11公式12式中，——化学反应式11的标准吉布斯自由能，J/mol；a[Ti]——合金中Ti的活度；由化学反应式11可知， TiO₂实际上作为氧源造成Ti元素的烧损，因此，为了使化学反应式11在电渣重熔一开始就达到平衡，从理论上防止电极中Ti元素烧损，那么，对Ti元素烧损起阻碍作用的Ti₃O₅需全部来自化渣阶段；由化渣反应式5可知，化渣阶段的Ti₃O₅是由渣系中部分TiO₂转化而来的，因此，化渣反应式5消耗的的TiO₂浓度与电渣重熔阶段Ti烧损达到平衡时熔渣中TiO₂浓度，两者之和即为渣系中所需的TiO₂浓度；（三），为了防止电渣重熔阶段渣系中的SiO₂逐渐减少导致渣皮在抽锭过程中会拉破、漏钢、漏渣，同时也为了避免一次性加入4%～6% SiO₂导致Ti元素大量烧损，在电渣重熔开始时，先加入3%的SiO₂，电渣重熔进行2～3h后，向渣池加入剩余1%～3%的SiO₂；（四），根据电极中的Al含量，在电渣重熔过程中加 Al粒对熔渣脱氧，抑制Ti元素烧损，Al粒和电极中Al含量之和控制在UNS N08825合金Al的上限0.2%。