高氮钢电渣工艺研究

高氮钢电渣工艺研究

电渣重熔（ESR）是特种钢冶炼的重要环节，在不锈钢冶炼过程中也占有越来越重要的地位。通过电渣重熔工艺可以使生产的金属更纯净、成分和组织更均匀、结构更致密。然而，在实际操作过程中，高氮不锈钢电渣重熔后钢锭却存在不同程度的氮损失现象。针对存在的问题，太钢技术人员在中试车间进行了高氮钢的电渣重熔试验，对电渣重熔前后钢锭进行氮含量的分析，以便在实际生产中采取进一步的优化措施。

在中试500kg圆形结晶器上进行氮气保护电渣重熔试验。电极坯、渣料和引弧屑均取自现场，其中电极坯尺寸规格为Φ220mm×160mm，结晶器直径Φ290mm，变压器容量400kVA。采用25kg三元渣系，渣系组成为40%CaF2、30%CaO和30%Al2O3，引弧屑材质为普通不锈钢。将电极坯切下两片2～3cm钢片用作引弧底板和引弧环，将加工好的引弧屑放入引弧环内。使用拆袋时对渣料在烘烤炉内进行200℃恒温4～5h烘烤处理。

将电极坯焊接至假电极上，固定在结晶器上方，罩上气体保护罩。充10L/min氮气10min左右，接通电流，然后加入渣料。对试验结束后电渣锭进行取样检测分析，其中在电渣锭中心轴线对称的侧表面分别取底部、中部和顶部钢样。对电渣后的钢锭表面及内部氮含量进行了研究，结果表明：

（1）高氮钢电渣重熔过程同一水平高度方向上关于电渣锭圆心的同心圆上热量的分布对氮含量偏差影响不大。

（2）结晶器内的空气、含氮低的普通不锈钢屑和电渣起弧温度过高是造成高氮奥氏体不锈钢电渣底部氮损失较大的原因。分析认为这主要是因为一方面氮气保护的进气口和排气口位于结晶器上端口，由于氮气的相对密度为28，而空气的相对密度为29，很难将结晶器内部与电极坯之间的空气排净，因此在电渣重熔的开始，金属熔池中的氮一部分扩散至气相而造成损失。随着电渣重熔过程的进行，气相中氮含量升高，这方面的影响逐渐减弱。另外，电渣试验引弧时温度较高，而随着钢液温度的升高，氮在钢液中的溶解度降低，故会有部分氮脱离钢液进入气相。液相渣池形成后，温度、熔速缓慢降低，使得钢液中氮的溶解度逐渐升高，因此电渣锭底部氮含量损失最大。随着电渣锭高度的增加，氮含量逐渐升高，但顶部氮含量低于中部氮含量，这是由于电渣过程中温度和渣的成分发生变化所致。

（3）冷却水系统的结构特点对电渣重熔过程的冷却强度影响较大，冷却水系统结构的不合理是造成高氮钢电渣重熔过程氮损失的原因之一。