氩气保护电渣重熔GH2132提高Ti收得率实践

贾景岩，练明生，曹海洋

（江苏申源集团有限公司，江苏 泰州 225721）

GH2132是铁基沉淀强化变形高温合金，加入了钼、钛、钒及微量硼进行综合强化，在650℃以下具有高的屈服强度，加工塑性和焊接性能良好。适合用于工作温度范围以内的承力部件，随着非真空冶炼水平的提高，民用紧固件比如棒材、丝材用量巨大。优质GH2132合金的双真空生产法，钢水纯净度更高、气体含量及低熔点元素更低，合金的强度和长期使用性能等更优异。

随着冶炼水平的不断提高，GH2132非真空冶炼产品占据本钢种大部分市场，目前冶炼工艺路线普遍采用以下四种：非真空感应炉+LF精炼+浇注电极棒+电渣重熔；电弧炉+LF精炼+浇注电极棒+电渣重熔（重熔过程中加铝粉脱氧）；电弧炉+LF精炼+浇注电极棒+真空自耗重熔；真空感应炉+浇注电极棒+真空自耗重熔（优质GH2132生产法）。

本文在第二种冶炼方式基础上，更改为使用氩气保护电渣重熔：电弧炉+LF精炼+浇注电极棒+氩气保护电渣重熔，与普通电渣炉的采用脱氧保Ti的方法相比，冶炼关键点控制-Ti元素烧损问题得到根本解决，而且还杜绝了外生夹杂，提高的钢水纯净度，室温抗拉强度接近优质冶炼工序产品指标。

1 试验用料及设备

1.1 试验用料-电极棒

两种电渣方式使用的两支电极棒1#和2#，冶炼方式：电弧炉+LF精炼+浇注电极棒，GH2132钢种化学成标准及电极棒成分如下表1。

表1 试验用料GH2132电极棒化学成分

两支电极棒Ti含量几乎无差别，其它元素的微小差值对试验结果不造成定性影响。

1.2 试验用料-渣料

电渣重熔使用渣料详细如下表2。

表2 渣料组分含量及用量

1.3 设备

电渣重熔提高钢的质量效果良好，但是冶炼过程中易氧化元素被氧化的问题需要得到有效控制，才能得到合格高质量电渣锭。实验采用两种方式电渣重熔方式并且进行了对比，目的是在冶炼整个过程，消除和降低氧对Ti元素烧损程度，确保钢种化学成分合格，并减少头尾部易烧损元素差值，使产品性能均匀稳定。两种电渣重熔方法及原理示意图如下图1和图2。

图1 加铝脱氧法冶炼过程示意图

图2 氩气保护电渣重熔示意图

电渣重熔：利用电能转换为渣池热能，熔化电极棒，电极棒熔滴滴落经过熔渣进行渣洗提纯，滴落到水冷结晶器进行结晶凝固成为电渣锭。

图1是电渣过程中加铝粉脱除渣中的氧，冶炼过程为防止熔滴和金属熔池中的Ti元素氧化，冶炼过程利用加铝粉的小车向渣池中均匀散入铝粉且速度可调，消耗掉进入到渣池中的氧。

图2为氩气保护电渣重熔，整个冶炼过程处于近似密闭状态，氩气保护罩上装有氧含量测量仪器，冶炼全程根据氧含量数据调节氩气流量，保证整个空间氧含量小于50ppm。氩气保护罩上端烟囱上面装有重锤翻盖，冶炼过程中渣料挥发物的挥发、氩气流量充入过量后，都能顶开重锤逸出，罩内保持充满氩气的微正压状态。

2 试验方案

（1）1#电极棒使用加铝脱氧法设备电渣重熔，冶炼前先向渣中加入200g铝粉，起弧至整个熔炼过程使用加料车均匀加入铝粉，试验测得均匀加入铝粉总量2Kg，产品Al含量增至0.25%接近要求上限，后期随着加入量增多，Ti元素被保护效果无明显增加。

（2）2#电极棒使用氩气保护电渣重熔，冶炼前冲氩气，氧气分析仪＜50ppm送电冶炼，保持全程充氩气。

3 试验结果及分析

电渣过后，对两根电渣锭底部和顶部取样分析，并对后期的产品φ32盘条做了室温拉伸性能检测。

3.1 试验结果

对电渣进行底部和顶部取样分析易烧损元素变化结果如下表3、表4。

表3 1#电渣锭底部及顶部成分及Ti元素收得率

表4 2#电渣锭底部及顶部成分及Ti元素收得率

3.2 力学性能

氩气保护电渣法生产产品φ32盘条室温拉伸σP0.2达到650Pa，接近优质GH2132指标690KPa（中国航空手册）。

3.3 试验分析

试验试产表明，氩气保护电渣法是从根本解决Ti元素烧损的措施，还有效杜绝了过量铝粉产生B类夹杂，图3阐述了Ti元素烧损的主要化学反应。

图3 Ti元素烧损的主要化学反应过程

通过两种方式生产的电渣锭化学分析表明，结合Ti元素烧损原理示意图，比例较大的Fe元素氧化传氧方式是Ti元素氧化烧损的主要原因，渣中加TiO2充当生产物，阻止化学反正向进行的方法，不能从本质解决元素烧损。

4 结论

（1）氩气保护电渣法明显优于过程铝粉脱氧法，Ti元素收得率底部93%、顶部96.2。

（2）氩气保护电渣法从源头控制氧气进入渣中，是防止元素氧化烧损的最有效的方法，阻止传氧介质FeO的形成。采用此种电渣方式，Ti元素的氧化主要受电极棒含氧量和表皮氧化黑皮的影响。

（3）对氩气保护法生产的产品力学性能检测，室温拉伸σP0.2达到650Pa，接近优质GH2132指标690KPa（中国航空手册）。