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Ce_(2)O_(3)对CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO电渣重熔渣系熔化行为的影响

钢铁 2024年第3期59卷 117-128页

作者：李世森陈宇新臧喜民杨杰孔令种辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量。基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-Ce_(... 详细信息

目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量。基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-Ce_(2)O_(3)五元渣热力学模型,从热力学角度分析了渣中各组元对Ce_(2)O_(3)活度的影响规律。采用半球法测定了不同Ce_(2)O_(3)含量和w((CaO))/w((Al_(2)O_(3)))(C/A)条件下渣系熔点,结合SEM-EDS和XRD对渣系物相和微观形貌进行测试与分析。研究结果表明,当温度为1873 K时,C/A、MgO、Ce_(2)O_(3)含量增加均增加渣系中Ce_(2)O_(3)的活度,且影响顺序为Ce_(2)O_(3)>C/A>MgO;w((Ce_(2)O_(3)))≥18%、w((MgO))≥4%以及C/A≥1.1时,钢中的铈元素不再烧损。随着Ce_(2)O_(3)添加量由0增加到24%,渣系熔点呈先降低后增加的趋势,加入少量Ce_(2)O_(3)能够促进稀土渣系熔点降低。但过量的Ce_(2)O_(3)会导致渣系中生成较多高熔点相2CeAlO3,从而使得稀土渣系的熔点升高。随着C/A从1.1增加至1.4,渣系的熔点呈降低趋势,主要原因是高熔点物相减少,导致稀土渣系熔点降低。试验测得的平衡铈含量与理论计算值相差不大,且变化趋势一致。渣金平衡试验证明了w((Ce_(2)O_(3)))为18%~20%能够减少铈元素的烧损,进一步证明该热力学计算模型和根据该模型得到的五元渣系范围是正确的。抑制稀土元素烧损的最佳渣系配比范围为w((CaF_(2)))/w((Al_(2)O_(3)))=1.4、w((Ce_(2)O_(3)))=18%~20%、w((MgO))=4%~5%、w((CaF_(2)))=50%~60%,为稀土渣ESR提供理论指导。

关键词：电渣重熔渣系 Ce_(2)O_(3) 离子分子共存理论铈烧损熔点

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Inconel 740H镍基合金电渣重熔渣系及铸锭均质化的研究

Inconel 740H镍基合金电渣重熔渣系及铸锭均质化的研究

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作者：师帅东北大学

学位级别：硕士

提高火力发电机组的热效率,对于节能减排有重大意义。当前世界许多发达国家相继开始研发700℃等级超超临界（A-USC）燃煤发电技术,其中700℃等级超超临界下锅炉管道的选材是一个研究重点。镍基合金Inconel 740H因其具有良好的高温持久... 详细信息

提高火力发电机组的热效率,对于节能减排有重大意义。当前世界许多发达国家相继开始研发700℃等级超超临界（A-USC）燃煤发电技术,其中700℃等级超超临界下锅炉管道的选材是一个研究重点。镍基合金Inconel 740H因其具有良好的高温持久性和耐蚀性能,是700℃等级超超临界燃煤锅炉过热器/再热器的重要候选材料。电渣重熔是当前冶炼Inconel 740H等镍基高温合金的重要手段,但仍存在以下问题:合金中Al、Ti等易氧化元素烧损且沿锭身分布不均匀;镍基合金由于熔点低、液态黏度大,常出现锭身表面渣沟、腰带缺陷、锭身分流眼等表面质量问题;Inconel 740H的高合金化程度使其在冶炼凝固中易产生严重的枝晶偏析和枝晶间低熔点（共晶）脆性相,从而导致合金的力学性能和抗腐蚀性能下降。为了解决这些问题,本课题对电渣重熔的渣系和铸锭均质化工艺进行研究。对于电渣重熔渣系的研究分为以下内容:首先根据电渣重熔Inconel 740H合金的工艺特点及其对渣系的要求,在51.5%CaF2-22.7%Al2O3-20.6%CaO-5.2%MgO的基础渣系中,加入0、3%、5%、7%和9%的TiO2,设计了五组渣系,分别记为T0#、T3#、T5#、T7#和T9#;其次,对五组渣系的熔化特性、黏度、密度、光学碱度和电导率进行了测算,对渣系物相进行XRD分析;最后,将五组渣系与真空感应炉冶炼的Inconel 740H合金进行渣金平衡实验,对反应过程及终点的合金与渣样进行测定分析。对于铸锭均质化的研究分为以下内容:利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）对经过真空感应炉冶炼的Inconel 740H铸锭进行组织、析出相和元素偏析分析。依据残余偏析指数理论和DICTRA软件计算了均匀化动力学曲线并提出了六种不同均匀化制度,再结合均匀化后的组织分析,从而确定Inconel 740H了合金合理的均匀化制度。主要结论如下:（1）以 51.5%CaF2-22.7%Al2O3-20.6%CaO-5.2%MgO 为基,加入 TiO2 含量为 0～9%的范围内,熔点变化范围为1264℃～1296℃。且随着TiO2含量增大,渣相中逐渐生成低熔点相,渣系的熔点逐渐降低;渣系黏度在高温段（1350℃～1550℃）变化不大,有利于重熔过程中渣池的稳定成型,而在低温段随着TiO2含量的增加,渣系黏度值呈降低趋势;计算所得渣系的电导率、光学碱度和密度均随TiO2含量增大而逐渐降低。（2）调整渣系中的Al2O3、TiO2含量比,可以改变渣系活度,从而对合金铝钛含量比lg（[Al%]4/[Ti%]3）的控制产生影响。在T0#～T9#渣系中,随着TiO2含量的增加,T0#出现“烧钛增铝”现象,T5#、T7#和T9#出现愈来愈明显的:“烧铝增钛”现象,T3#（成分为 50%CaF2-22%Al2O3-20%CaO-5%MgO-3%TiO2）铝钛含量较为稳定,更适用于Inconel 740H合金的电渣重熔中。（3）Inconel 740H合金铸锭存在严重的枝晶偏析,且铸锭心部和1/2半径处偏析程度大于边部。Nb、Ti元素大量偏”聚于枝晶间,形成有害析出相主要为Laves相;在均匀化过程中,随着温度升高和保温时间的延长,Nb、Ti元素逐渐扩散均匀,当热处理制度为1180℃/20h时,元素偏析基本消除,有害析出相回溶,是较优的均匀化工艺。

关键词： Inconel 740H 电渣重熔渣系 TiO2 物性参数渣金平衡均质化

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高钛低铝型高温合金电渣重熔渣系及工艺研究

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工程科学学报 1987年第S3期 147-147页

高钛低铝型高温合金是用于现代航空、火箭发动机以及燃气轮机的重要合金材料,该合金在电渣重熔过程减少合金中钛的烧损和均匀控制钛含量分布是当时国内外尚未解决的技术难题。通过实验研究,查清了该类型合金中钛烧损机理,发现钛烧损主... 详细信息

高钛低铝型高温合金是用于现代航空、火箭发动机以及燃气轮机的重要合金材料,该合金在电渣重熔过程减少合金中钛的烧损和均匀控制钛含量分布是当时国内外尚未解决的技术难题。通过实验研究,查清了该类型合金中钛烧损机理,发现钛烧损主要与渣中TiO;含量有关,渣中Al;O;、TiO;对钛有氧比作用,与钛平衡的是渣中Ti;O;,Ti;O;又会被大气氧化成TiO;;减少钛烧损的关键在于化渣过程使渣中部分TiO;还原为Ti;O;,并在重熔全过程保持一定量的Ti;O;。此外,发现MgO在渣中可提高Ti;O;和Al;O;的活度系数同时又能降低渣中TiO;的活度系数,从而减少钛的烧损。研制出了该类型不同牌号合金电渣重熔相适应的CaF;—Al;O;—MgO—TiO;渣系。另一方面利用上述机理研

关键词：电渣重熔渣系 TiO 烧损高倍缺陷(金属) 高温合金工艺研究

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基于易烧损元素精准调控的GH4169D合金电渣重熔适配性渣系研究

基于易烧损元素精准调控的GH4169D合金电渣重熔适配性渣系研究

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作者：李乐松钢铁研究总院

学位级别：硕士

GH4169D合金中Al、Ti、Mg等元素对合金的组织和性能具有重要影响,其含量的微小变化都会引起合金性能的明显变化。由于以上3种元素均属于易氧化元素,在电渣重熔过程中极易与氧及渣中不稳定氧化物或组元发生反应造成烧损,导致Al、Ti、Mg... 详细信息

GH4169D合金中Al、Ti、Mg等元素对合金的组织和性能具有重要影响,其含量的微小变化都会引起合金性能的明显变化。由于以上3种元素均属于易氧化元素,在电渣重熔过程中极易与氧及渣中不稳定氧化物或组元发生反应造成烧损,导致Al、Ti、Mg元素烧损严重且沿电渣锭轴向分布不均匀,进而影响合金各项性能。针对高温合金传统加Mg工艺导致的合金液污染、精炼效果差、资源浪费等多种弊端,现须开发一种既能保证合金中Mg含量又可避免前述弊端的新技术。本文通过建立电渣重熔过程中元素烧损热力学模型、进行渣-金平衡试验和工业电渣重熔试验,对GH4169D合金电渣重熔过程中Al、Ti、Mg元素的精准调控技术进行了详细的研究;并提出了在真空感应熔炼时不加Mg,而在电渣重熔时利用渣-金反应向电渣锭中传递Mg的新技术。在GH4169D合金Al、Ti元素控制的过程中,研究了冶炼温度、渣系组成和电极初始Al、Ti元素含量对电渣锭中平衡Al、Ti元素含量的影响。结果显示,提高冶炼温度可抑制Al元素烧损,降低冶炼温度可抑制Ti元素烧损。平衡Al含量随渣中Al2O3、Ca O的含量提高而增加,随Ti O2、Mg O含量的增加而下降;而平衡Ti含量的变化规律与平衡Al含量的变化规律相反,渣中Ca F2含量的变化对平衡Al、Ti含量没有影响。可适当提高电极初始Ti含量或向渣系中加入适量Al粉来避免“烧Al增Ti”现象的发生。渣系中Al2O3质量分数控制在15%～22%,Ca O质量分数控制在14%～21%,Ti O2质量分数控制在1.2%～4.0%,Mg O质量分数控制在1%～5%,Ca F2质量分数控制在60%～69%可减少Al、Ti元素的烧损。最后通过试验实现了GH4169D合金电渣锭Al、Ti元素的精准调控,Al元素的波动范围为0.02%,Ti含量的波动范围为0.01%。在GH4169D合金Mg元素控制的过程中,提出了在真空感应熔炼时不添加Mg,而是利用电渣重熔过程中的渣-金反应向电渣锭中传递Mg元素的新技术。研究了冶炼温度、渣系组元成分及电极初始Al含量对电渣锭中平衡Mg含量的影响。结果显示,采用不含Mg元素的GH4169D合金进行渣-金平衡试验,成功获得了适量Mg含量的电渣锭,验证了新技术的可行性。冶炼温度的提高有利于Mg元素从渣池向电渣锭中传递。平衡Mg含量随渣中Al2O3、Ca F2含量的增加而下降,随Ca O与Mg O含量的提高而增大,Ti O2含量的变化对平衡Mg含量的影响不明显。适当提高电极初始Al含量或向渣系中加入适量Al粉有利于电渣锭中平衡Mg含量的提高。基于热力学模型结果,工业生产试验成功制得Mg含量88～120ppm的电渣锭,电渣锭中平均Mg含量与理论值十分接近,且电渣锭轴向Al、Ti含量较为均匀。

关键词： GH4169D合金易氧化元素电渣重熔渣系渣金平衡精准调控

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含氟电渣重熔渣结构的拉曼光谱研究

含氟电渣重熔渣结构的拉曼光谱研究

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第十九届全国光散射学术会议

作者：曹培明尤静林王建王敏丁雅妮省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室上海大学材料科学与工程学院

电渣重熔渣系(electroslag remelting)是一种含有Ca O、Ca F、AlO、Mg O、Si O等成分,在高温下具有适当电导率并具有脱硫、脱磷、去除非金属夹杂物等能力的碱性炉渣。电渣重熔具备细化晶粒、去除

关键词：电渣重熔渣系拉曼光谱 MS计算

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消除MC3A冷轧辊钢中的液析碳化物

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兵器材料科学与工程 2014年第4期37卷 77-80页

作者：杜月和刘奇珍王晓军韩非黄坚驻某厂军代室内蒙古包头014030 内蒙古北方重工业集团有限公司内蒙古包头014030

通过改变电渣重熔渣系及锻造加热方式研究其对MC3A冷轧辊钢液析碳化物的影响,并对显微组织中液析碳化物级别进行评定。结果表明:用四元渣系(质量分数)CaF2∶CaO∶Al2O3∶SiO2=60∶5∶30∶5电渣重熔,MCA3冷轧辊用钢液析碳化物级别降低;两... 详细信息

通过改变电渣重熔渣系及锻造加热方式研究其对MC3A冷轧辊钢液析碳化物的影响,并对显微组织中液析碳化物级别进行评定。结果表明:用四元渣系(质量分数)CaF2∶CaO∶Al2O3∶SiO2=60∶5∶30∶5电渣重熔,MCA3冷轧辊用钢液析碳化物级别降低;两次10 h加热+开坯+15 h加热锻造方式可降低MCA3冷轧辊用钢液析碳化物级别,从条带状变为弥散颗粒;通过合理选择电渣重熔渣系及锻造加热方式,可基本消除MCA3冷轧辊钢液析碳化物。

关键词： MC3A冷轧辊钢液析碳化物电渣重熔渣系锻造加热方式

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