一种电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系、制备方法和电渣重熔方法

技术领域

本发明涉及电渣重熔技术领域，尤其是一种电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系、制备方法和电渣重熔方法。

背景技术

316H奥氏体不锈钢具有良好的室温及低温韧性、高温强度和蠕变性能、焊接性、耐蚀性、耐热性、抗高温氧化性。因其优异的性能，而被广泛应用于制造化工、石油化工、原子能等工业的设备、容器、管道、热交换器等方面。

霞浦快堆示范工程由中国原子能科学研究院设计，该工程要求相关材料实现国产化。一重集团是主要结构件的制造商，其主要材料，尤其是不锈钢材料尽可能从国内供应。因此，2016年开始中科院金属所、太钢、宝钢和鞍钢均积极开展了相关材料的研制和生产。到目前为止虽然宝钢、鞍钢和太钢等企业已经试制了一批不锈钢材料，但材料性能还不稳定，不能完全满足原子能院的设计要求。316H是用量最大，要求最高的堆容器及堆内主要部件的材料，霞浦工程需要量几千吨。目前316H材料的制备是关键核心技术之一。

316H的应用范围，在石油、化工、原子能、核电等工业设备、容器、管道、热交换器等领域得到广泛应用。316H奥氏体不锈钢中主要脱氧元素C、Si、Al含量均很低，要求氧含量≤0.0025％，氢含量≤0.0005％，N含量0.05％-0.07％，成分范围极窄，钢板要求F≤1％，因此研究在电渣重熔过程中防止Si、Al等易氧化元素烧损，控制氢含量和氧含量的增加，将为现场电渣重熔316H奥氏体不锈钢提供理论指导。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种适于生产核电用奥氏体不锈钢电渣重熔用渣系，该渣系可有效防止Si、Al等易氧化元素烧损，控制氢、氧含量的增加，增强脱硫效果，去除钢中的夹杂物。此外，渣系较低的熔点使电渣锭易于凝固成型，有效减少或者消除电渣锭的表面缺陷；而渣系较低的黏度和较高的黏度稳定性，可获得厚度均匀的渣皮，从而提高了钢锭表面质量。同时，本发明提供的渣系的熔点、黏度等物性参数均满足电渣重熔冶炼核电用奥氏体不锈钢的要求。本发明包括所述渣系的制备方法和电渣重熔方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一方面，本发明提供一种电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系，其包含：按质量百分比计的CaF

根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系的熔点为1280-1420℃；优选为1300-1350℃。

根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系在1500℃时黏度为0.044-0.048Pa·S，1550℃时黏度为0.037-0.039Pa·S，粘度随温度变化范围小。

根据本发明较佳实施例，其中，所述渣系包含：按质量百分比计的CaF

另一方面，本发明还提供一种电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系的制备方法，其包含：

S1:对萤石进行精炼，从而降低萤石中的SiO

S2:采用精炼后的萤石进行配料，将各组分混合搅拌均匀，配制得到如下质量百分比组分的渣系：CaF

再一方面，本发明提供了一种核电用奥氏体不锈钢的电渣重熔方法，用于电渣重熔生产核电用奥氏体不锈钢，所述方法包括：

步骤1：将上述任一实施例所述的渣系放入烘烤炉内加热至600℃-800℃，保温烘烤4-6h后备用；

步骤2：将保温烘烤好的渣系均匀加入到电渣炉结晶器中，并通入氩气进行保护熔炼；

步骤3：渣系熔化后，全程采用氩气保护电渣重熔核电用奥氏体不锈钢，熔速由以下公式确定：

v＝(0.7～0.8)D

其中，v表示不锈钢合金的熔速，单位为kg/h；D表示电渣炉结晶器直径，单位为mm。

电渣重熔结束后冷却出模，模冷时间不小于1小时，避免冷却过快钢锭表面产生裂纹。

优选地，步骤1中，加热至700℃，保温烘烤时间为4-6h。

优选地，所述核电用奥氏体不锈钢为316H钢。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

(1)本发明的电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系，通过优化渣系成分，能防止Si、Al等易氧化元素烧损，控制氢、氧含量的增加，增强脱硫效果，去除钢中的夹杂物；此外，渣系较低的熔点使电渣锭易于凝固成型，有效减少或者消除电渣锭的表面缺陷；而渣系因具有较低的黏度且黏度稳定性高，可获得厚度均匀的渣皮，从而提高了钢锭表面质量。

试验证明，本发明提供的渣系的熔点、黏度等物性参数均满足电渣重熔冶炼核电用奥氏体不锈钢的要求，并能有效改善钢锭表面质量。

(2)本发明的电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系以萤石CaF

渣系中加入28-32％的Al

渣系中加入1-8％MgO，使渣系熔融后可在其液渣表面形成一层渣膜，降低液渣的气体渗透率。

附图说明

图1为CaF

图2为实施例4生产的316H不锈钢铸锭表面质量实物图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供一种电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系，可用于生产电渣重熔核电用奥氏体不锈钢，所述渣系包含：按质量百分比计的CaF

进一步地，本发明的电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系以萤石CaF

本发明的电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系，其设计思路为：

以目前主流的氟化钙为基材设计电渣重熔用渣系，属于含氟渣系，在渣系中氟化钙含量为63-68％。

氟化钙含量过高会导致氟化物气体会发出来，使成分发生变化。氟化钙含量过低，无法降低熔渣的熔点，更无法保证铸锭成型，无法降低渣在高温段的黏度和表面张力，形成较厚的渣壳，影响渣的运动，破坏铸锭的表面质量。渣系中的Al

根据CaF

以下为利用本发明电渣重熔核电用奥氏体不锈钢用渣系的具体实施例，通过具体实施例对本发明的方案、优点和技术效果更进一步了解。

实施例1

本实施例的电渣重熔核电奥氏体不锈钢用渣系的化学成分的质量百分比为：CaF

该渣系的熔化温度为1420℃。

所述渣系在1500℃时，其黏度为0.048Pa·S；在1550℃时，其黏度为0.039Pa·S。

实施例2

本实施例的电渣重熔核电奥氏体不锈钢用渣系的化学成分的质量百分比为：CaF

该渣系的熔化温度为1280℃。

所述渣系在1500℃时，其黏度为0.044Pa·S；在1550℃时，其黏度为0.037Pa·S。

实施例3

本实施例的电渣重熔核电奥氏体不锈钢用渣系的化学成分的质量百分比为：CaF

该渣系的熔化温度为1300℃。

所述渣系在1500℃时，其黏度为0.047Pa·S；在1550℃时，其黏度为0.038Pa·S。

实施例4

于2019年1月12日-2019年4月18日共进行14炉40t电渣重熔316H钢实验，全部采用厚度600mm结晶器。具体实验情况如下：

本实施例的电渣重熔核电奥氏体不锈钢用渣系的化学成分的质量百分比为：CaF

该渣系的熔化温度为1350℃。

所述渣系在1500℃时，其黏度为0.047Pa·S；在1550℃时，其黏度为0.039Pa·S。

利用上述渣系进行电渣重熔，重熔合金种类为316H钢，其成分见表1。

表1、316H钢的成分要求(质量分数/％)

电渣重熔316H钢的所用电极为316H不锈钢，尺寸为：390×1590×6500mm。结晶器尺寸1.585×2060×4130mm，周长1669mm，面积1220mm

电渣重熔316H钢的工艺过程如下：

(1)对萤石进行精炼，从而降低萤石中的SiO

(2)按照前述设定的渣料成分进行配料；即配料后得到渣料组分为：CaF

(3)将配好的渣料放入烘烤炉内加热到700℃，保温烘烤时间为6h。

(4)化渣阶段：自动启弧，电流从6000A、74V逐级至17000A、86V，化渣时间90min。

(5)利用加料器将渣料均匀加入到结晶器中，并通入氩气进行保护熔炼，氩气流量为29m

(6)提电流阶段：电流50分钟7000A、86V升至27000A、101V。

(7)正常重熔阶段：目标熔速1300kg/h降至1100kg/h，按平均熔速1200kg/h算，共熔化30.2t(除去补缩1t，前期熔化0.7t)，共需约25小时。

(8)热封顶阶段：电极长度剩余300mm时开始补缩。

(9)重熔过程中按1.5kg/t向渣池中加入Al和SiCa复合脱氧剂。

(10)锭在结晶器内冷却5小时后开始脱模，尽快进入缓冷坑，记录进坑时间及板坯上中下各部分温度。

对316H不锈钢锭身不同位置进行化学成分分析，结果如表2所示。

表2、316H不锈钢锭身不同位置实验元素检测结果

续表2、316H不锈钢锭身不同位置实验元素检测结果

铸锭表面质量如图2所示，铸锭表面没有出现渣沟、结瘤、重皮、褶皱和夹渣等缺陷。

从以上检测结果及实验情况可以看出，采用本发明设计的渣系进行电渣重熔316H钢，取得了较好的实验效果。铸锭中Si、Al等易氧化元素含量以及气体含量均满足钢种要求，其它元素含量也均可满足钢种技术指标要求。而且各元素沿铸锭高度分布均匀，保证合金组织性的均匀性。同时也获得了优异的表面质量，没有出现渣沟、结瘤、重皮、褶皱、夹渣等缺陷。