012Al模具钢电渣重熔工艺的优化
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摘要：在1t锭型的012Al模具钢电渣重熔工艺优化试验中，在保证重熔锭质量的前提下，通过重熔过程均匀加入铝粉等工艺措施，采用55%CaF2-30%Al2O3-5%Cao-5%Mgo四元渣系，当填充比为0.48时，电耗较0.2填充比降低43.5%，且比70%CaF2-30%Al2O3的二元渣系0.48填充比的电耗降低29%。 关键词：电渣重熔 填充比 模具钢 1、试验过程 以往采用中空钢的双实锭型浇注重熔电极，熔渣用二元渣第（70%CaF2，30%Al2O3），生产1t电渣钢平均电耗达到2130kWh。根据增大填充比和提高熔渣比电阻可使重熔电耗下降的理论[1]。使用1t锭型设备，在电参数不变的基础上作填充比和渣系的筛选试验，试验炉数为15炉，结果见表1。 从表1可知：采用比电阻较高的四元渣系，当填充比增大到0.48时，平均吨钢电耗下降905kWh。由于比电阻较高的渣系可使重熔速度加快，从而影响夹杂物的去除[1]。故四元渣系中返回渣的比例增大到50%。 2、质量状况分析 对表1中的6个方案生产的电渣钢分别取样分析化学成分见表2。表2中试样号1到6分别为表1中原方案到方案5的试样。 表1 012Al模具钢电渣重熔填充比和渣系的工艺试验结果
注：二元渣系成分：70%CaF2，30%Al2O3；四元渣系成分：55%CaF2，30%Al2O3，5%CaO，5%MgO。 化学成分中除Al执行企标Q/JGGP（K）44-97，规格范围为0.35%-0.70%，其余成分执行国标GB1299-2000。非金属夹杂物、低倍及其他指标执行国标GB1299-2000。由表2可见除Al外，其他成分均能较好地满足标准要求。检验结果表明，非金属夹杂物及低倍组织完全没有受到影响。 尽管增大填充比和渣系比电阻能够大大降低重熔电耗，但012Al模具钢主要成分Al却下降较多，甚至低于规格下限，这是由于熔速加快后，熔渣中SiO2氧化的速度增大，使电渣锭中[Al]偏低[2]。因此必须对工艺进行改进。 表2 012Al模具钢电渣重熔锭的化学成分/%
3、工艺改进 由于熔渣中Al与电渣钢锭中Al成正比关系，提高渣中Al可以改善钢中Al偏低现象[2]。试验开始时在渣系配比中增加了5%的纯铝粉，其结果表明电渣锭中Al并无明显增加。根据电渣重熔原理，电渣重熔初期，熔渣自身的电阻热以及重熔过程剧烈的反应，铝成分被大量烧损[3]。因此，渣系中添加铝粉不能一次进行，只能采取与重熔过程同步加入的方式。采用0.48的填充比，1t锭型的结晶器平均3.2h熔铸1支电渣锭，相同的间隔时间等量（总量除以添加的总次数）加入。关键在于加入的总量、间隔时间以及每次添加所需时间。使用正式试验得出最佳添加铝粉总量为2500kg，添加间隔时间为25min，每次添加耗时约5min。 从2001年生产的200炉012Al中随机抽取100炉作[Al]的统计分析，结果是[Al]的分布接近于正态分布，从均值与方差能够看出：本工艺控制[Al]的过程较为稳定，质量水平较为理想。 生产过程分析：（1）重熔耗电：2001年生产的200炉012Al电渣钢平均电耗为1247kWh，比表1的平均电耗增加122kWh，但比筛选试验前减少了883kWh，下降幅度较大。（2）过程能力分析：由于012Al电渣钢生产关键在于铝成分的控制，因此生产过程能力应以Al的控制来计算。 T=0.35， K=2*(0.525-0.512)/0.35=0.074 σ=0.054 CPK=(1-K)*T/6σ=1.00 根据国标标准ISO8528，由于1.33>CPK≥1.0，表明生产的过程能力和技术管理达不到国际要求。 4、结论 （1）填充比增大到0.48,采用较高电阻的四元渣系，可使重熔电耗有较大幅度的下降。 （2）重熔过程同步加入总量为2500kg纯铝粉，每隔25min添加一次（每次加入量约为277kg），加入耗时约5min左右，可以避免出现由于填充比及渣系比电阻增大而导致[Al]靠近或低于规格下限的质量现象。 （3）工艺上的改进使重熔过程[Al]的控制较为稳定，质量水平较为理想。但生产过程能力达不到国际标准ISO8528的要求，必须加快设备的改造和提高技术管理水平。 参考文献： 1、刘中静.降低电渣炉重熔电耗的实践分析.特殊钢.1984，5（增刊）：33 2、上海重型机床厂.控制电渣重熔钢锭锭中含氢量和含铝量的研究.国外电渣重熔，1978，47 3、李正邦.电渣熔铸过程研究.电渣过程原理及应用，1996，104 作者：王妮燕 罗军 丁楝（贵阳特殊钢有限责任公司技术中心，贵阳550005） 王妮燕，女，45岁，工程师。1982年毕业于北京航空学院金属材料专业，从事电渣熔铸和冶金质量管理。 |
