電渣重熔過程中i的影響因素

電渣重熔過程中i的影響因素

1采用電渣重熔組合生產(chǎn)的增強和完善我國鐵藝粉學(xué)材料gh-42烷基是以15rc-25nife為基礎(chǔ)的穩(wěn)定火山巖，由金屬r相[ni3（ti，al）]增加鐵基變形高溫合金。該合金適于600～700℃長期使用的高溫部件。合金具有穩(wěn)定的工藝性能和使用溫度下良好的綜合性能。產(chǎn)品主要用于某發(fā)動機的一、二級渦輪盤和承力環(huán)。我廠一般采用電弧爐冶煉=電渣重熔雙聯(lián)工藝生產(chǎn)GH2132合金。采用電渣重熔工藝生產(chǎn)GH2132合金這類高Ti低Al型高溫合金,會產(chǎn)生一系列的問題:電渣重熔過程中合金元素Ti會被大量燒損,使合金的Ti成分不好控制;而且由于重熔過程的各個時期Ti燒損量不穩(wěn)定,使鋼錠軸向各部位Ti含量波動很大,從而造成合金的化學(xué)成分不均勻而影響性能;母合金中的Ti氧化后生成Ti的各種氧化物進入熔渣,進而改變爐渣的物理化學(xué)性質(zhì),特別是在重熔后半期,影響鋼錠上半部的表面成型質(zhì)量。面對這些問題,為保證合金中Ti的成分,工業(yè)上常采取三種方法:(1)調(diào)整渣系組元;(2)渣中加入Al粉;(3)控制重熔工作電壓。本文主要從調(diào)整渣系組元方面來討論Ti的燒損等問題。2試驗材料和試驗方法2.1水冷結(jié)晶器及熱控制板的研制試驗?zāi)覆木鶠楸緩S電弧爐冶煉的爐號不同的GH2132合金。重熔過程中采用我廠1t單相雙支臂電渣爐設(shè)備,水冷結(jié)晶器的尺寸為?360×1375mm,電極棒為?240mm,空載電壓62V,電流8000A±,水冷溫度40℃～60℃。2.2u3000b渣系A(chǔ)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對成品鋼錠中ti的燒損情況的分析試驗選用2種不同渣系A(chǔ)、B。經(jīng)過比較它們對成品鋼錠中Ti的燒損大小,鋼錠表面質(zhì)量及軸向Al、Ti成分偏差影響的大小,得出比較理想的渣量及渣質(zhì)比。3[ti]軸向波動結(jié)果比較:1.渣系A(chǔ):[Al]軸向最大波動0.08%,[Ti]軸向最大波動0.17%,ΔAl=2.3%,ΔTi=9.1%渣系B:[Al]軸向最大波動0.045%,[Ti]軸向最大波動0.065%,ΔAl=1.8%,ΔTi=5%2.渣系A(chǔ):有5爐小頭[Ti]≥2.25%,有2爐大頭[Ti]≥2.25%渣系B:[Ti]成分4爐完全在2.10%～2.25%之間。根據(jù)用戶反饋的信息,[Ti]成分控制在2.10%～2.25%之間最理想,以上分析表明B渣系明顯優(yōu)于A渣系。3.渣系A(chǔ):2爐表面較好,1爐稍差,3爐較差;渣系B:4爐表面較好,1爐稍差,1爐較差。從表面質(zhì)量來看渣系B明顯優(yōu)于前者。4分析與討論4.1銅渣的作用及碳化渣系直接影響到電渣重熔過程的穩(wěn)定和電渣重熔產(chǎn)品的質(zhì)量,它應(yīng)滿足以下條件:(1)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性,保證電渣過程的穩(wěn)定和提供重熔所需能量。(2)比較低的熔點和粘度,保證鋼錠的表面質(zhì)量。(3)透氣性小,防止大氣中的O2進入金屬熔池。(4)較大的密度,增加渣—鋼相對接觸時間,使冶金反應(yīng)能充分進行。(5)較小的表面張力。渣系各種組元的作用不盡相同,它們的作用分別是:(1)CaF2降低熔渣液相線溫度,提高渣的電導(dǎo)率,降低渣的粘度及表面張力。(2)Al2O3主要降低渣的電導(dǎo)率。(3)MgO降低渣面溫度,保護合金中的易氧化元素。(4)CaO除降低渣系的電導(dǎo)率外,主要增強渣的脫硫能力。在實踐中還發(fā)現(xiàn)MgO加入CaF-Al2O3-TiO2的渣系之后能降低渣系的熔點。對比兩種渣系可發(fā)現(xiàn)B渣系中用TiO2代換了CaO,使渣的熔點和渣面溫度降低,并且保護了Al、Ti易氧化元素。從而使電渣渣系向有利于優(yōu)化重熔的方向進行。4.2物理反應(yīng)分析4.2.1提高鋼渣的表面質(zhì)量GH2132合金電渣重熔鋼錠的表面質(zhì)量及軸向化學(xué)成分的控制可歸結(jié)為對渣皮厚度均勻性的控制。當(dāng)渣皮厚度保持不變或變化很小時,鋼錠表面光滑,[Ti]的燒損也小。由文獻知:結(jié)晶器壁附近的徑向溫度應(yīng)符合下面公式t=αeb/I(1)當(dāng)1=δs(渣皮厚度)時,得δs=b/(Int-Inα)(2)式中t——渣液相線溫度;α——高溫區(qū)溫度;b——常數(shù)且小于0、金屬熔池/渣池界面靠近結(jié)晶器壁的變化率。它取決于該處渣池內(nèi)電流密度分布及熱傳導(dǎo)條件。由以上公式很容易得知:渣皮厚度δs是隨b及t的增加而增加、隨α值的增加而減少。渣液相線溫度越低,表面質(zhì)量越好,這就要求渣系的熔點越低越好。由于熔化過程中[Ti]不斷燒損,導(dǎo)致渣中(TiO2)增加,使熔點升高,粘度增加,鋼渣難以分離。由此看來,降低渣液相線的溫度和渣系的熔點,穩(wěn)定重熔過程減小[Ti]的燒損,是改善鋼錠表面質(zhì)量的重要條件。選擇的渣系必須有一定的比電導(dǎo),提高鋼錠表面成型質(zhì)量。渣系還必須有良好的流動性,以利于傳熱,同時要求電流密度分布均勻合理。這就要求渣系有較低的粘度。較小的表面張力。以改善鋼錠的表面質(zhì)量。綜上所述:增加CaF2的比例可以取代部分、Al2O3、而GH2132合金經(jīng)過電弧爐脫硫[S]已在要求范圍之內(nèi),因此CaO可以被完全取代。在渣中加入MgO可以降低合金的熔點、提高合金的表面質(zhì)量、保護合金中易氧化元素、降低渣系的蒸汽壓防止了大氣中O2的進入。4.2.2空氣中ti的再氧化金屬tioGH2132合金電渣重熔一直存在[Ti]的燒損問題,燒損的氧源主要有兩個方面:(1)空氣中的O2通過氧化渣池中Ti的低價氧化物,生成(TiO2)再氧化金屬中的[Ti]。(2)渣中的不穩(wěn)定氧化物SiO2等及Al2O3氧化金屬[Ti]。(1)電極熔液層和金屬界面的反應(yīng)(Ti3O5)+1/2(O2)=3(TiO2)(3)ΔF1=-93000+26.69T(a)渣氣界面溫度約為1673KΔF1(1673K)=-48.3×4.1868J(b)電極熔液層或金屬與界面的反應(yīng)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)是控制燒[Ti]的決定因素。(Ti3O5)是不穩(wěn)定的氧化物,極易被大氣中的O2氧化生成(TiO2),由此看來所選渣系必須能提高(Ti3O5)的平衡系數(shù),起到降低(Ti3O5)平衡濃度的作用。在本次試驗的渣系中B渣系加入一定量的(TiO2)就起到抑制反應(yīng)的作用(化學(xué)平衡原理),也就是抑制[Ti]的燒損。(2)氧源的增加al渣中重要的反應(yīng)有:[Ti]+2/3(Al2O3)=4/3[Al]+(TiO2)(5)F3=37265-8.56T(e)在1973K自發(fā)進行,其平衡常數(shù)K3(1973K)=5.53×10-337265-8.56T+RTIn(a4/3aTiO2/aTia2/3A1203)<0(f)相對含[Ti]=2.2%的GH2132合金中發(fā)生氧化的條件為當(dāng)[Al]=0.25%時,a2/3A1203=2.786aTiO2當(dāng)[Al]=0.15%時,a2/3A1203=1.375aTiO2由以上計算可知:母材含[Al]低,將使燒[Ti]的反應(yīng)更容易進行,渣中高含量的(Al2O3)是燒[Ti]的氧源;隨著重熔過程的進行,渣中aTiO2不斷提高,使得燒[Ti]增[Al]的現(xiàn)象呈減弱趨勢;由于渣中MgO的作用,Al2O3的活度系數(shù)提高,TiO2活度系數(shù)降