本發(fā)明涉及材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體的說(shuō)是一種耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
：硫酸是一種腐蝕性強(qiáng)、腐蝕過(guò)程復(fù)雜的基本化工原料，高溫濃硫酸產(chǎn)生氫去極化腐蝕和氧去極化腐蝕。在高溫濃硫酸中，高硅不銹鋼具有極其優(yōu)異的耐腐蝕性能，是硫酸工業(yè)中的首選材料。由于高硅不銹鋼的特殊應(yīng)用環(huán)境，不僅要求材料在高溫濃硫酸中具有優(yōu)良的耐點(diǎn)腐蝕縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能，而且要求其具有優(yōu)良的塑性變形性能，可用于鍛造開(kāi)坯、熱軋、冷軋等加工變形工藝，滿足低成本生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)高硅鋼相關(guān)專(zhuān)利進(jìn)行檢索，分析如下：專(zhuān)利“cn101228287a”公開(kāi)了一種高硅不銹鋼及其材料與高硅不銹鋼的制造方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：c：0.02；si：4；cr:12；ni:7；余量為fe。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)細(xì)化晶粒的方法，使材料具有較高斷裂延伸率，以此材料可以制作長(zhǎng)壽命、高耐磨的彈簧，應(yīng)用于高荷重的負(fù)荷環(huán)境中。專(zhuān)利“cn1544680a”公開(kāi)了一種高硅鋼及其制造方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：c：0.007-1；si：5-10；cr≤0.01；ni≤0.01；mn≤0.01；p≤0.01；s≤0.01；余量為fe。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：改善了硅鋼的拉伸塑性和加工性能，有利于不同厚度高硅片大規(guī)模生產(chǎn)，利用熱機(jī)械處理技術(shù)，控制其顯微組織、碳含量和軟磁性能。專(zhuān)利“cn101985679a”公開(kāi)了一種高硅鋼板的短流程生產(chǎn)工藝，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：si：3.5-7；余量為fe。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：采用離心澆注方法生產(chǎn)的三層復(fù)合金屬管坯，三層金屬為硅含量不同的高硅鋼，利用熱塑性變形與冷軋相結(jié)合的方法，生產(chǎn)出厚度為0.1-1mm的鋼板。專(zhuān)利“cn102139279a”公開(kāi)了一種利用定向凝固板坯制備取向高硅鋼冷軋薄板的方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：si：4.5-1.0；b:50-2000ppm；余量為fe。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：采用重熔定向凝固技術(shù)制備＜110＞方向生長(zhǎng)的定向板坯，然后，再進(jìn)行軋制，獲得取向高硅鋼薄板，使高硅鋼的軟磁性能進(jìn)一步提高。專(zhuān)利“cn102321785a”公開(kāi)了一種高硅低氧潔凈鋼的冶煉方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼牌號(hào)為60si2mna，該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：采用al粒+電石渣渣面擴(kuò)散脫氧，禁止使用硅鐵粉或者碳化硅，將鋼中的氧含量控制在6-10ppm，提高爐高硅鋼的疲勞性能。專(zhuān)利“cn103266215a”公開(kāi)了一種基于合金化的高硅鋼薄帶及其制造方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：si：5.5-7.0；cu：0.05-2.5；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：采用合金化的方法不僅改善爐高硅鋼薄帶的低溫延展性，還保證爐其具有較好的軟磁性能，使高硅鋼薄帶可以通過(guò)傳統(tǒng)軋制方式進(jìn)行制備。專(zhuān)利“cn104372238a”公開(kāi)了一種取向高硅鋼的制備方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：c:0.001-0.003;si：5.0-6.6；mn:0.2-0.3；al：0.05-0.12；v:0.01-0.03；nb:0.03-0.06；s：0.02-0.03；n:0.009-0.02；o：≤0.002；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)計(jì)抑制劑，通過(guò)鑄帶晶粒凝固-長(zhǎng)大行為控制盒抑制劑元素固溶析出行為設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)組織-織構(gòu)-析出柔性控制，得到高磁感取向高硅鋼。專(zhuān)利“cn104630619a”公開(kāi)了一種用于薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)的高硅鋼及制備方法，該專(zhuān)利所描述的高硅鋼的特征在于，各元素的重量百分比為：c≤0.003;si：4.5-7.0；mn:0.25-1.0；al≤0.008；s≤0.005；n≤0.003；o：≤0.002；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是：采用連鑄連軋短流程，獲得柱狀晶體積比例不低于90%，細(xì)纖維組織、磁性能良好的高硅鋼。這些專(zhuān)利所涉及的為合金含量低的高硅鋼，主要用來(lái)制作各種變壓器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的鐵芯，應(yīng)用于電力、電子和軍事工業(yè)的重軟磁性材料。但是，均不能應(yīng)用于高溫硫酸環(huán)境中。通過(guò)文獻(xiàn)檢索，20世紀(jì)80年代國(guó)外開(kāi)始研究應(yīng)用于高溫硫酸環(huán)境中的高硅不銹鋼，相繼開(kāi)發(fā)出多個(gè)牌號(hào)的高硅不銹鋼，但是，其生產(chǎn)制造工藝均未見(jiàn)報(bào)道公開(kāi)，國(guó)內(nèi)在高硅不銹鋼的研究還處于起步階段。目前，生產(chǎn)高硅不銹鋼主要采用兩種制造工藝，第一種工藝為：電弧爐+aod（氬氧脫碳）或者vod(真空吹氧脫碳)爐外精煉工藝冶煉鋼錠，將鋼錠鍛造開(kāi)坯后進(jìn)行熱軋、冷軋。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)效率高，成本低。該工藝的缺點(diǎn)是：鋼錠的鍛造開(kāi)坯成材率低，最高75%，材料的純凈度低，夾雜物含量高，影響材料的耐腐蝕性能。第二種工藝為：電弧爐或者中頻感應(yīng)爐+aod（氬氧脫碳）+保護(hù)氣氛電渣爐工藝冶煉鋼錠，將鋼錠鍛造開(kāi)坯后進(jìn)行熱軋、冷軋。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是：采用電渣重熔工藝提高鋼錠的利用率，可以將鋼錠鍛造開(kāi)坯成材率提高至95%。材料的成分均勻性、純凈度高，夾雜物含量低，材料具有更優(yōu)異的耐腐蝕性能。該工藝的缺點(diǎn)是：為了避免電渣重熔過(guò)程中si元素的燒損，采用全保護(hù)氣氛電渣重熔爐冶煉，避免大氣中的氧氣進(jìn)入鋼中燒損si元素，而全保護(hù)氣氛電渣重熔爐設(shè)備投資高，是常規(guī)電渣重熔爐的5-6倍，造成生產(chǎn)成本高，噸鋼生產(chǎn)成本是常規(guī)電渣重熔爐的2倍，難以推廣應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足，提供一種耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法及其設(shè)備，該方法和設(shè)備所制備的高硅不銹鋼，在高溫環(huán)境下，耐濃硫酸腐蝕性強(qiáng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法，包括以下步驟：（1）通過(guò)模擬相圖，匹配各元素的含量，設(shè)計(jì)出鋼錠的化學(xué)成分組成，保證高硅不銹鋼處于穩(wěn)定的奧氏體區(qū)，減少鋼錠中的δ鐵素體含量，獲得均勻的奧氏體組織；各元素組成及質(zhì)量百分比含量為：c≤0.03；si：5.2-5.8；mn≤1.0；p≤0.025；s≤0.01；cr：17.5-18.5；ni：21-22；mo：0.5-1.3；cu：2.0-2.5；al：≤0.05；ce:≤0.05;nb：0.02-0.05；o：≤0.006；n：≤0.01；其余為不可避免的雜質(zhì)和fe；（2）、通過(guò)中頻感應(yīng)爐初煉+氬氧脫碳（aod）爐精煉工藝冶煉圓形電極；所述電極的元素組成及重量百分比為：c≤0.03；si：5.8-6.0；mn≤1.0；p≤0.025；s≤0.01；cr：17.5-18.5；ni：21-22；mo：0.5-1.3；cu：2.0-2.5；al：0.04-0.06；ce≤0.05;nb：0.02-0.05；o：≤0.006；n：≤0.01；其余為不可避免的雜質(zhì)和fe；電極的直徑d與鋼錠的直徑d的比值為0.7-0.8；（3）、通過(guò)電渣重熔（esr）工藝冶煉鋼錠。所述電渣重熔（esr）工藝，包括以下步驟：（1）、將電極表面的氧化皮清理干凈，并將其焊接在假電極上，送入井式電阻加熱爐內(nèi)，電極預(yù)熱至500-600℃，保溫5-6小時(shí)，去除電極表面的水分；（2）、選用的渣料組元和重量百分比為：caf260%～70%，al2o315%～20%，cao10%～20%，sio22%～5%，渣料為50-200kg，渣料烘烤溫度為800℃，烘烤時(shí)間為8-10小時(shí)；（3）、采用石墨電極引弧造渣，將烘烤好的渣系按照caf2、sio2、cao、al2o3的順序加入到結(jié)晶器中，將渣料熔化成液態(tài)，液態(tài)渣溫度控制在1650-1700℃；（4）、將自耗電極移至液態(tài)渣池內(nèi)，在大氣環(huán)境下，開(kāi)始電渣重熔，電渣錠的直徑用d表示，根據(jù)鋼錠直徑d的大小選擇相應(yīng)的電極熔化速度v，其中，v=(0.7-0.8)×d，電渣錠直徑d的單位為mm，電極熔化速度v的單位為kg/h；（5）、冶煉過(guò)程中向渣池中均勻的加入硅鈣粉進(jìn)行脫氧，硅鈣粉在渣面與大氣中的氧氣反應(yīng)生成cao和sio2，減少大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池中，氧化鋼液中的si元素；電極的重量表示為w，w的單位為kg，硅鈣粉的加入量表示為w1，w1的單位為g，硅鈣粉的加入量為：w1=（3-4）×w；將電渣重熔冶煉過(guò)程平均分成兩個(gè)階段，電渣重熔開(kāi)始，硅鈣粉的加入頻率表示為m1，m1的單位為g/min，硅鈣粉的加入頻率為：m1=（3-4）×v/60；當(dāng)電極重量冶煉至一半時(shí)，硅鈣粉的加入頻率表示為m2，m2的單位為g/min，硅鈣粉的加入頻率為：m2=（1-3）×v/60；電渣重熔補(bǔ)縮期，硅鈣粉的加入頻率表示為m3，m3的單位為g/min，硅鈣粉的加入頻率為：m3=（0.5-2）×v/60；所述硅鈣粉si：ca=1:1；（6）、冶煉過(guò)程中，爐口放置保護(hù)罩，保護(hù)裝置內(nèi)通入氬氣，氬氣的流量控制在20-40m3/h；保護(hù)罩內(nèi)的氬氣通過(guò)其內(nèi)壁上的小孔流出，在爐口匯集形成保護(hù)層，減少了大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池內(nèi)；（7）、電極熔化完畢后，鋼錠在結(jié)晶器內(nèi)緩慢冷卻40-90分鐘，保證液態(tài)金屬和熔渣凝固充分，鋼錠脫模后空冷至室溫。用于所述耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法的設(shè)備，包括電極和液態(tài)渣池；在液態(tài)渣池上方設(shè)有保護(hù)罩，所述保護(hù)罩設(shè)有內(nèi)腔，內(nèi)腔中設(shè)有電極；保護(hù)罩底部設(shè)有惰性氣體的內(nèi)壁出氣孔，側(cè)面下方設(shè)有惰性氣體的主進(jìn)氣孔，側(cè)面上方設(shè)有惰性氣體的主進(jìn)氣孔。有益效果是：（1）在大氣環(huán)境下，采用常規(guī)的電渣重熔爐冶煉鋼錠，降低了設(shè)備投資和鋼錠的制造成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益；（現(xiàn)有技術(shù)：采用全密閉保護(hù)氣氛電渣重熔爐冶煉工藝。為什么不采用常規(guī)的電渣重熔爐冶煉鋼錠的原因：此材料含有大量的易氧化元素si，此工藝高溫鋼液與大氣中的氧始終接觸，容易在冶煉過(guò)程中發(fā)生氧化反應(yīng)，生產(chǎn)sio2，造成材料中的si元素減少，甚至不合格，工藝穩(wěn)定性差，難以控制）；（2）通過(guò)設(shè)計(jì)保護(hù)罩，冶煉過(guò)程中在電渣重熔爐口形成惰性氣體保護(hù)層，并在冶煉的不同階段，均勻的向渣中加入不同劑量的硅鈣粉脫氧劑，有效控制了硅元素的燒損，冶煉出低氮、低氧、成分均勻的高硅奧氏體不銹鋼鋼錠，通過(guò)優(yōu)于成分設(shè)計(jì)，加入微量ce、nb、al等合金元素，提高了鋼的熱加工性能和耐腐蝕性能。（3）本發(fā)明制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，鋼錠具有良好的成分均勻性，優(yōu)異的耐高溫硫酸腐蝕性能，能夠應(yīng)用在硫酸工業(yè)的惡略腐蝕環(huán)境中，大大延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，提高設(shè)備的安全性，具有良好的社會(huì)效益；耐高溫硫酸腐蝕性根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以材料表面沒(méi)有腐蝕現(xiàn)象為標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有技術(shù)的腐蝕數(shù)據(jù)：在150℃的98%濃度的h2so4溶液中，平均腐蝕速率為0.09-0.125mm/年，本發(fā)明的腐蝕速率為小于0.08mm/年。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法設(shè)備的保護(hù)罩結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)記是：1、電極升降機(jī)構(gòu)，2、電極，3、保護(hù)罩，4、液態(tài)渣池，5、金屬熔池，6、結(jié)晶器，7、鋼錠，8、底水箱，9、控制系統(tǒng)；31、主進(jìn)氣孔，32、內(nèi)壁出氣孔，33、主出氣孔。具體實(shí)施方式一種耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法，包括以下步驟：（一）通過(guò)模擬相圖，匹配各元素的含量，設(shè)計(jì)出鋼錠的化學(xué)成分組成，保證高硅不銹鋼處于穩(wěn)定的奧氏體區(qū)，減少鋼錠中的δ鐵素體含量，獲得均勻的奧氏體組織；各元素組成及質(zhì)量百分比含量為：c≤0.03；si：5.2-5.8；mn≤1.0；p≤0.025；s≤0.01；cr：17.5-18.5；ni：21-22；mo：0.5-1.3；cu：2.0-2.5；al：≤0.05；ce:≤0.05;nb：0.02-0.05；o：≤0.006；n：≤0.01；其余為不可避免的雜質(zhì)和fe；（二）、通過(guò)中頻感應(yīng)爐初煉+氬氧脫碳（aod）爐精煉工藝冶煉圓形電極；所述電極的元素組成及重量百分比為：c≤0.03；si：5.8-6.0；mn≤1.0；p≤0.025；s≤0.01；cr：17.5-18.5；ni：21-22；mo：0.5-1.3；cu：2.0-2.5；al：0.04-0.06；ce≤0.05；nb：0.02-0.05；o：≤0.006；n：≤0.01；其余為不可避免的雜質(zhì)和fe；電極的直徑d與鋼錠的直徑d的比值為0.7-0.8；本發(fā)明增加了al、ce元素的含量，達(dá)到的效果：降低鋼錠中雜質(zhì)o元素的含量，提高鋼錠的熱加工性能。增加了nb元素的含量，達(dá)到的效果：提高材料的耐腐蝕性能。鋼錠化學(xué)成分設(shè)計(jì)原理如下：（1）c≤0.03%碳是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體元素，并能提高材料的機(jī)械性能，但是，碳含量過(guò)高能明顯促進(jìn)碳化物cr23c6沿晶間析出，導(dǎo)致晶界貧鉻，使材料的耐晶間腐蝕性能下降。高硅不銹鋼在冶煉過(guò)程中盡量降低碳含量，但是，碳含量過(guò)低，會(huì)顯著地增加冶煉成本。因此，本發(fā)明的碳元素含量重量百分比為：c≤0.03%，碳元素含量重量百分比的優(yōu)選范圍為：c≤0.02%。（2）si：5.2-5.8si是重要的耐蝕合金元素之一，具有優(yōu)良的抗氧化性能,能夠在不銹鋼的表面生成sio2氧化膜。si≤5.2時(shí)，不能與不銹鋼中的鉻、鎳元素形成一些陰極性的含硅復(fù)合化合物,促進(jìn)不銹鋼的鈍化，造成不銹鋼的耐蝕性降低。si≥5.8時(shí)，過(guò)高的含硅量使鉻、鎳的鈍化作用減弱,反而減弱不銹鋼的耐蝕性。而且，過(guò)量的鐵素體形成元素硅會(huì)使鋼錠中產(chǎn)生大量的一次δ鐵素體，降低鋼錠的熱加工塑性。因此，本發(fā)明的硅元素含量重量百分比為：si：5.2-5.8，硅元素含量重量百分比的優(yōu)選范圍為：5.5-5.8。（3）mn≤1%mn對(duì)不銹鋼在濃硫酸中的耐蝕性影響不大，主要是作為脫氧劑帶入鋼中的，考慮到鋼在冶煉過(guò)程中的脫氧效果和冶煉經(jīng)濟(jì)性，本發(fā)明的mn元素含量重量百分比為：mn≤1%（4）s≤0.01%s是鋼中的雜質(zhì)元素，能夠降低材料的熱加工性能和耐腐蝕性能，因此，s在鋼中的含量越低越好，根據(jù)本發(fā)明所采取的冶煉工藝，在不增加生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，s元素含量重量百分比為：s≤0.01%，s元素含量重量百分比的優(yōu)選范圍為：s≤0.006%。（5）p≤0.025%p是鋼中的雜質(zhì)元素，容易聚集在晶界惡化材料的性能，因此，p在鋼中的含量越低越好，根據(jù)本發(fā)明所采取的冶煉工藝，在不增加生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，磷元素含量重量百分比為：p≤0.025%，硫元素含量重量百分比的優(yōu)選范圍為：p≤0.02%。（6）17.5%≤cr≤18.5%cr元素顯著提高材料的耐腐蝕性能，對(duì)提高不銹鋼在高溫濃硫酸中的耐腐蝕性能作用僅次于si。因此，cr元素是本發(fā)明高硅不銹鋼必不可缺的元素。當(dāng)cr≤17.5%時(shí)，不能與硅、鎳元素形成足夠厚的含硅復(fù)合化合物薄膜，造成不銹鋼的耐蝕性降低。同時(shí)，cr元素是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小單相奧氏體區(qū)，隨著cr含量的增加，能夠促進(jìn)金屬間相的析出，從而降低材料的塑韌性。當(dāng)cr元素含量重量百分比大于18.5%時(shí)，材料的奧氏體組織穩(wěn)定性變差，鋼中會(huì)保留一定數(shù)量的高溫鐵素體組織，降低材料的熱加工塑性。因此，本發(fā)明的cr元素含量重量百分比為：17.5%≤cr≤18.5%。（7）21%≤ni≤22%鎳對(duì)提高不銹鋼在高溫濃硫酸中的耐腐蝕性能有一定作用,但不十分明顯。在本發(fā)明中，鎳是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大單相奧氏體區(qū)的元素，其主要作用是維持鎳、鉻當(dāng)量的平衡,得到穩(wěn)定的奧氏體組織,保證變形性能。因此，本發(fā)明的ni元素含量重量百分比為：21%≤ni≤22%。（8）0.5%≤mo≤1.3%mo元素可以促進(jìn)不銹鋼鈍化。當(dāng)mo≤0.5%時(shí)，通過(guò)鉻、鉬的復(fù)合作用提高不銹鋼在濃硫酸中的耐蝕性的作用不明顯；當(dāng)mo≥1.3%時(shí)，鉬在氧化性介質(zhì)濃硫酸中極易產(chǎn)生過(guò)鈍化，對(duì)不銹鋼的耐蝕性不利。因此，本發(fā)明的mo元素含量重量百分比為：mo：0.5%≤mo≤1.3%，mo元素含量重量百分比的優(yōu)選范圍為：0.6%≤mo≤1.0%。（9）2.0%≤cu≤2.5%cu元素可以提高不銹鋼在濃硫酸中的耐腐蝕性。主要原因?yàn)椋恒~的電極電位比氫高，可抑制析氫腐蝕。但是，cu元素含量過(guò)高會(huì)降低鋼的熱加工塑性。因此，本發(fā)明的cu元素含量重量百分比為：mo：2%≤mo≤2.5%。（10）0.02%≤nb≤0.05%鈮是穩(wěn)定化元素，鈮與碳的結(jié)合力強(qiáng)于鉻元素，鋼中加入鈮后，優(yōu)先與碳結(jié)合形成化合物在晶內(nèi)或者晶界析出，不僅可以抑制cr23c6析出，提高材料的抗腐蝕性能，而且鈮的析出物可以提高材料的強(qiáng)度，當(dāng)鈮的添加量重量百分比超過(guò)0.05%時(shí)，強(qiáng)化作用達(dá)到飽和。當(dāng)鈮的添加量重量百分比低于0.02%時(shí)，不能有效抑制cr23c6析出，影響耐腐蝕性能。因此，本發(fā)明的nb元素含量重量百分比為：0.02%≤nb≤0.05%。（11）ce:≤0.05稀土ce可以改變鋼中易于形成點(diǎn)蝕的硫化物夾雜的成分和形態(tài)，降低鋼中的硫含量，提高鋼的耐點(diǎn)蝕能力。另外，稀土ce可以在晶界和碳化物-基體界面上富集，提高鋼錠的熱加工性能，當(dāng)ce的添加量重量百分比超過(guò)0.05%時(shí)，生產(chǎn)成本提高。因此，本發(fā)明的ce元素含量重量百分比為：ce≤0.05%。（12）al≤0.05%al元素主要是作為脫氧劑帶入鋼中的，另外，鋼中適量的鋁可以抑制電渣重熔過(guò)程中硅元素的燒損。當(dāng)al≥0.05%時(shí)，會(huì)形成粗大的晶粒，使鋼錠的熱加工性能降低?？紤]到鋼在冶煉過(guò)程中的脫氧效果、電渣重熔冶煉過(guò)程中硅元素的燒損規(guī)律，本發(fā)明的al元素含量重量百分比為：al≤0.05%。（13）n≤0.01%n元素是鋼中的雜質(zhì)元素，會(huì)在鋼中形成氮化物，影響鋼的耐腐蝕性能，需要進(jìn)行嚴(yán)格控制。n元素含量控制的越低，鋼的使用性能越好，但是，會(huì)大大增加冶煉工藝的難度和生產(chǎn)成本，不適合批量生產(chǎn)應(yīng)用。因此，結(jié)合制造工藝的適應(yīng)性的生產(chǎn)成本，本發(fā)明的n元素含量重量百分比為：n≤0.01%。（14）o≤0.006%氧含量過(guò)高會(huì)惡化鋼的純凈度，降低鋼錠的熱加工性能，材料的耐腐蝕性能以及韌性，氧含量過(guò)低會(huì)增加冶煉成本。因此，綜合考慮冶煉成本和材料的使用性能，本發(fā)明的o元素含量重量百分比為：o≤0.006%。（三）、通過(guò)電渣重熔（esr）工藝冶煉鋼錠。所述電渣重熔（esr）工藝，包括以下步驟：（1）、將電極表面的氧化皮清理干凈，并將其焊接在假電極上，送入井式電阻加熱爐內(nèi)，電極預(yù)熱至500-600℃，保溫5-6小時(shí)，去除電極表面的水分；（2）、選用的渣料組元和重量百分比為：caf260%～70%，al2o315%～20%，cao10%～20%，sio22%～5%，渣料為50-200kg，渣料烘烤溫度為800℃，烘烤時(shí)間為8-10小時(shí)；（3）、采用石墨電極引弧造渣，將烘烤好的渣系按照caf2、sio2、cao、al2o3的順序加入到結(jié)晶器中，將渣料熔化成液態(tài)，液態(tài)渣溫度控制在1650-1700℃；（4）、將自耗電極移至液態(tài)渣池內(nèi)，在大氣環(huán)境下，開(kāi)始電渣重熔，電渣錠的直徑用d表示，根據(jù)鋼錠直徑d的大小選擇相應(yīng)的電極熔化速度v，其中，v=(0.7-0.8)×d，電渣錠直徑d的單位為mm，電極熔化速度v的單位為kg/h；（5）、冶煉過(guò)程中向渣池中均勻的加入硅鈣粉進(jìn)行脫氧，硅鈣粉在渣面與大氣中的氧氣反應(yīng)生成cao和sio2，減少大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池中，氧化鋼液中的si元素；電極的重量表示為w，w的單位為kg，硅鈣粉的加入量表示為w1，w1的單位為g，硅鈣粉的加入量為：w1=（3-4）×w；將電渣重熔冶煉過(guò)程平均分成兩個(gè)階段，電渣重熔開(kāi)始，硅鈣粉的加入頻率表示為m1，m1的單位為g/min，硅鈣粉的加入頻率為：m1=（3-4）×v/60；當(dāng)電極重量冶煉至一半時(shí)，硅鈣粉的加入頻率表示為m2，m2的單位為g/min，硅鈣粉的加入頻率為：m2=（1-3）×v/60；電渣重熔補(bǔ)縮期，硅鈣粉的加入頻率表示為m3，m3的單位為g/min，硅鈣粉的加入頻率為：m3=（0.5-2）×v/60；所述硅鈣粉si：ca=1:1；（6）、冶煉過(guò)程中，爐口放置保護(hù)罩，保護(hù)裝置內(nèi)通入氬氣，氬氣的流量控制在20-40m3/h；保護(hù)罩內(nèi)的氬氣通過(guò)其內(nèi)壁上的小孔流出，在爐口匯集形成保護(hù)層，減少了大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池內(nèi)；（7）、電極熔化完畢后，鋼錠7在結(jié)晶器內(nèi)緩慢冷卻40-90分鐘，保證液態(tài)金屬和熔渣凝固充分，鋼錠脫模后空冷至室溫。用于所述耐高溫濃硫酸用高硅不銹鋼制造方法的設(shè)備，設(shè)備包括電極升降機(jī)構(gòu)1、電極2、結(jié)晶器6、底水箱8、保護(hù)罩3、液態(tài)渣池4、金屬熔池5和控制系統(tǒng)9等部分，如圖1所示；所述升降機(jī)構(gòu)的作用為：將電極夾持牢固后插入結(jié)晶器中，自上至下傳動(dòng)。所述電極的作用為：電極熔化后在結(jié)晶器內(nèi)重新凝固成電渣錠。所述結(jié)晶器的作用為：電極被高溫液態(tài)渣池逐漸熔化后，金屬液滴滴到結(jié)晶器內(nèi)形成金屬熔池，金屬熔池在結(jié)晶器冷卻水的冷卻條件下，凝固成電渣錠。所述保護(hù)罩設(shè)在液態(tài)渣池上方，所述保護(hù)罩3設(shè)有內(nèi)腔，內(nèi)腔中設(shè)有電極2；保護(hù)罩3底部設(shè)有惰性氣體的內(nèi)壁出氣孔32，側(cè)面下方設(shè)有惰性氣體的主進(jìn)氣孔31，側(cè)面上方設(shè)有惰性氣體的主進(jìn)氣孔33。一定壓力的惰性氣體從31孔進(jìn)去，從32、33孔出去，其中從32出去的氣體在設(shè)備爐口形成一層惰性氣體，起與大氣中的氧隔離作用）所述保護(hù)罩3的作用為：在電渣重熔過(guò)程中，通入保護(hù)罩內(nèi)的氬氣從其內(nèi)壁四周的小孔內(nèi)流出，在結(jié)晶器上口形成氬氣保護(hù)層，阻止大氣中的氧進(jìn)入液態(tài)渣池中，氧化金屬液滴中的硅元素，如圖2所示。所述底水箱的作用為：在電渣重熔剛開(kāi)始階段，與結(jié)晶器形成封閉的空間，金屬熔滴滴落在該空間內(nèi)形成金屬熔池。所述控制系統(tǒng)的作用為：控制升降機(jī)構(gòu)下降速度。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明：實(shí)施例1：φ360mm的高硅不銹鋼電渣重熔錠。第一步、采用“中頻感應(yīng)+aod精煉”工藝冶煉自耗電極，電極規(guī)格為φ260mm×2500mm，電極的化學(xué)成分如表1所示。表1電極化學(xué)成分（重量%）第二步、將自耗電極表面打磨干凈。第三步，根據(jù)熱力學(xué)原理，計(jì)算si燒損反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)出渣系中所需的sio2理論含量，然后由sio2理論含量選擇匹配的渣系，具體方法為：（1）電渣重熔階段，電極插入液態(tài)熔渣中逐漸熔化，金屬液滴穿過(guò)渣池的過(guò)程中，發(fā)生反應(yīng)：[si]+2[o]=sio2公式1根據(jù)熱力學(xué)原理，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí):公式2-480626+213.389t公式3=公式4=公式5lg=公式6lg=公式7為1873k時(shí)，鋼液中各個(gè)元素與si的相互作用系數(shù)，為1873k時(shí)，鋼液中各個(gè)元素與o的相互作用系數(shù)。t為化學(xué)反應(yīng)式的平衡溫度，1873k；r為氣體常數(shù)，8.314。利用公式1～公式7，計(jì)算出的活度值為：=0.031，則設(shè)計(jì)渣系中的sio2的理論摩爾濃度為0.031，質(zhì)量百分比為2%。第三步、制備渣料。渣系采用caf2、al2o3、cao、sio2四元渣系，各組元的重量百分比分別為70%、15%、13%、2%，渣量50kg。將渣料分開(kāi)置入電爐內(nèi)，溫度控制在850℃，烘烤8小時(shí)。第四步，將保護(hù)罩放置在結(jié)晶器上，接好氬氣的進(jìn)口和出口；第五步，將烘烤好的渣系按照caf2、sio2、cao、al2o3的順序加入結(jié)晶器內(nèi)，采用石墨電極將渣料熔化成液態(tài)，液態(tài)渣溫控制在1650-1700℃，保證渣系化開(kāi)、化清；第六步，將預(yù)熱好的自耗電極移至液態(tài)渣池內(nèi)，開(kāi)始電渣重熔，電壓為38-52v，電流為0.4-0.8ka，電極熔化速度為290kg/h，氬氣的流量為20m3/h，保護(hù)罩內(nèi)的氬氣通過(guò)其內(nèi)壁上的小孔流出，在爐口匯集形成保護(hù)層，減少了大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池內(nèi)。電渣重熔開(kāi)始，硅鈣粉的加入頻率為m1=15g/min。當(dāng)電極重量冶煉至一半時(shí)，硅鈣粉的加入頻率表為m2=10g/min。電渣重熔補(bǔ)縮期，硅鈣粉的加入頻率m3=5g/min；第七步，電極熔化完畢后，鋼錠在結(jié)晶器內(nèi)緩慢冷卻40分鐘，保證液態(tài)金屬和熔渣凝固充分，鋼錠脫模后空冷至室溫。直徑為φ360mm的高硅不銹鋼鋼錠表面質(zhì)量良好，沒(méi)有重皮、夾渣、波紋等缺陷。根據(jù)gb/t1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)施例鋼錠內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)疏松、偏析、白亮帶、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點(diǎn)、軸心晶間裂紋、內(nèi)部氣泡、非金屬夾雜物及夾渣、異金屬夾雜物等缺陷，鋼錠內(nèi)部質(zhì)量良好。鋼錠經(jīng)鍛造后，具有良好的熱加工性能。根據(jù)gb/t4334.6-2015《不銹鋼5%硫酸腐蝕試驗(yàn)方法》、jb/t7901-1999《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》要求，將試樣放置在150℃的98%濃度的h2so4溶液中浸泡7天，試樣表面沒(méi)有明顯變化，沒(méi)有發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象，平均腐蝕速率為0.075mm/年，可見(jiàn)，本發(fā)明高硅不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能。實(shí)施例2：φ440mm的高硅不銹鋼電渣重熔錠。第一步、采用“中頻感應(yīng)+aod精煉”工藝冶煉自耗電極，電極規(guī)格為φ310mm×3500mm，電極的化學(xué)成分如表1所示。表2電極化學(xué)成分（重量%）第二步、將自耗電極表面打磨干凈。第三步，按照實(shí)施1的方法計(jì)算出的活度值為：=0.04，則設(shè)計(jì)渣系中的sio2的理論摩爾濃度為0.04，質(zhì)量百分比為3%。第三步、制備渣料。渣系采用caf2、al2o3、cao、sio2四元渣系，各組元的重量百分比分別為69%、15%、13%、3%，渣量80kg。將渣料分開(kāi)置入電爐內(nèi)，溫度控制在850℃，烘烤8小時(shí)。第四步，將保護(hù)罩放置在結(jié)晶器上，接好氬氣的進(jìn)口和出口；第五步，將烘烤好的渣系按照caf2、sio2、cao、al2o3的順序加入結(jié)晶器內(nèi)，采用石墨電極將渣料熔化成液態(tài)，液態(tài)渣溫控制在1650-1700℃，保證渣系化開(kāi)、化清；第六步，將預(yù)熱好的自耗電極移至液態(tài)渣池內(nèi)，開(kāi)始電渣重熔，電壓為60-40v，電流為0.5-11.5ka，電極熔化速度為360kg/h，氬氣的流量為25m3/h，保護(hù)罩內(nèi)的氬氣通過(guò)其內(nèi)壁上的小孔流出，在爐口匯集形成保護(hù)層，減少了大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池內(nèi)。電渣重熔開(kāi)始，硅鈣粉的加入頻率為m1=20g/min。當(dāng)電極重量冶煉至一半時(shí)，硅鈣粉的加入頻率表為m2=12g/min。電渣重熔補(bǔ)縮期，硅鈣粉的加入頻率m3=6g/min；第七步，電極熔化完畢后，鋼錠在結(jié)晶器內(nèi)緩慢冷卻50分鐘，保證液態(tài)金屬和熔渣凝固充分，鋼錠脫模后空冷至室溫。直徑為φ440mm的高硅不銹鋼鋼錠表面質(zhì)量良好，沒(méi)有重皮、夾渣、波紋等缺陷。根據(jù)gb/t1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)施例鋼錠內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)疏松、偏析、白亮帶、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點(diǎn)、軸心晶間裂紋、內(nèi)部氣泡、非金屬夾雜物及夾渣、異金屬夾雜物等缺陷，鋼錠內(nèi)部質(zhì)量良好。鋼錠經(jīng)鍛造后，具有良好的熱加工性能。根據(jù)gb/t4334.6-2015《不銹鋼5%硫酸腐蝕試驗(yàn)方法》、jb/t7901-1999《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》要求，將試樣放置在150℃的98%濃度的h2so4溶液中浸泡7天，試樣表面沒(méi)有明顯變化，沒(méi)有發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象，平均腐蝕速率為0.064mm/年，可見(jiàn)，本發(fā)明高硅不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能。實(shí)施例3：φ560mm的高硅不銹鋼電渣重熔錠。第一步、采用“中頻感應(yīng)+aod精煉”工藝冶煉自耗電極，電極規(guī)格為φ420mm×3000mm，電極的化學(xué)成分如表3所示。表3電極化學(xué)成分（重量%）合金csimnspcrnimocualcenbon電極0.0155.50.60.010.01718.0521.50.662.20.040.040.040.0060.007第二步、將自耗電極表面打磨干凈。第三步，按照實(shí)施1的方法計(jì)算出的活度值為：=0.05，則設(shè)計(jì)渣系中的sio2的理論摩爾濃度為0.05，質(zhì)量百分比為4%。第三步、制備渣料。渣系采用caf2、al2o3、cao、sio2四元渣系，各組元的重量百分比分別為61%、20%、15%、4%，渣量120kg。將渣料分開(kāi)置入電爐內(nèi)，溫度控制在850℃，烘烤8小時(shí)。第四步，將保護(hù)罩放置在結(jié)晶器上，接好氬氣的進(jìn)口和出口；第五步，將烘烤好的渣系按照caf2、sio2、cao、al2o3的順序加入結(jié)晶器內(nèi)，采用石墨電極將渣料熔化成液態(tài)，液態(tài)渣溫控制在1650-1700℃，保證渣系化開(kāi)、化清；第六步，將預(yù)熱好的自耗電極移至液態(tài)渣池內(nèi)，開(kāi)始電渣重熔，電壓為54-62v，電流為7-16ka，電極熔化速度為450kg/h，氬氣的流量為35m3/h，保護(hù)罩內(nèi)的氬氣通過(guò)其內(nèi)壁上的小孔流出，在爐口匯集形成保護(hù)層，減少了大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池內(nèi)。電渣重熔開(kāi)始，硅鈣粉的加入頻率為m1=30g/min。當(dāng)電極重量冶煉至一半時(shí)，硅鈣粉的加入頻率表為m2=15g/min。電渣重熔補(bǔ)縮期，硅鈣粉的加入頻率m3=10g/min；第七步，電極熔化完畢后，鋼錠在結(jié)晶器內(nèi)緩慢冷卻70分鐘，保證液態(tài)金屬和熔渣凝固充分，鋼錠脫模后空冷至室溫。直徑為φ560mm的高硅不銹鋼鋼錠表面質(zhì)量良好，沒(méi)有重皮、夾渣、波紋等缺陷。根據(jù)gb/t1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)施例鋼錠內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)疏松、偏析、白亮帶、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點(diǎn)、軸心晶間裂紋、內(nèi)部氣泡、非金屬夾雜物及夾渣、異金屬夾雜物等缺陷，鋼錠內(nèi)部質(zhì)量良好。鋼錠經(jīng)鍛造后，具有良好的熱加工性能。根據(jù)gb/t4334.6-2015《不銹鋼5%硫酸腐蝕試驗(yàn)方法》、jb/t7901-1999《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》要求，將試樣放置在150℃的98%濃度的h2so4溶液中浸泡7天，試樣表面沒(méi)有明顯變化，沒(méi)有發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象，平均腐蝕速率為0.06mm/年，可見(jiàn)，本發(fā)明高硅不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能。實(shí)施例4：φ700mm的高硅不銹鋼電渣重熔錠。第一步、采用“中頻感應(yīng)+aod精煉”工藝冶煉自耗電極，電極規(guī)格為φ500mm×3200mm，電極的化學(xué)成分如表3所示。表3電極化學(xué)成分（重量%）合金csimnspcrnimocualcenbon電極0.0255.40.30.010.0217.821.60.92.30.050.030.030.0060.007第二步、將自耗電極表面打磨干凈。第三步，按照實(shí)施1的方法計(jì)算出的活度值為：=0.06，則設(shè)計(jì)渣系中的sio2的理論摩爾濃度為0.06，質(zhì)量百分比為5%。第三步、制備渣料。渣系采用caf2、al2o3、cao、sio2四元渣系，各組元的重量百分比分別為60%、20%、15%、5%，渣量200kg。將渣料分開(kāi)置入電爐內(nèi)，溫度控制在850℃，烘烤8小時(shí)。第四步，將保護(hù)罩放置在結(jié)晶器上，接好氬氣的進(jìn)口和出口；第五步，將烘烤好的渣系按照caf2、sio2、cao、al2o3的順序加入結(jié)晶器內(nèi)，采用石墨電極將渣料熔化成液態(tài)，液態(tài)渣溫控制在1650-1700℃，保證渣系化開(kāi)、化清；第六步，將預(yù)熱好的自耗電極移至液態(tài)渣池內(nèi)，開(kāi)始電渣重熔，電壓為33-78v，電流為8-17ka，電極熔化速度為560kg/h，氬氣的流量為38m3/h，保護(hù)罩內(nèi)的氬氣通過(guò)其內(nèi)壁上的小孔流出，在爐口匯集形成保護(hù)層，減少了大氣中的氧氣進(jìn)入液態(tài)渣池內(nèi)。電渣重熔開(kāi)始，硅鈣粉的加入頻率為m1=35g/min。當(dāng)電極重量冶煉至一半時(shí)，硅鈣粉的加入頻率表為m2=20g/min。電渣重熔補(bǔ)縮期，硅鈣粉的加入頻率m3=10g/min；第七步，電極熔化完畢后，鋼錠在結(jié)晶器內(nèi)緩慢冷卻70分鐘，保證液態(tài)金屬和熔渣凝固充分，鋼錠脫模后空冷至室溫。直徑為φ700mm的高硅不銹鋼鋼錠表面質(zhì)量良好，沒(méi)有重皮、夾渣、波紋等缺陷。根據(jù)gb/t1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)施例鋼錠內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)疏松、偏析、白亮帶、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點(diǎn)、軸心晶間裂紋、內(nèi)部氣泡、非金屬夾雜物及夾渣、異金屬夾雜物等缺陷，鋼錠內(nèi)部質(zhì)量良好。鋼錠經(jīng)鍛造后，具有良好的熱加工性能。根據(jù)gb/t4334.6-2015《不銹鋼5%硫酸腐蝕試驗(yàn)方法》、jb/t7901-1999《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》要求，將試樣放置在150℃的98%濃度的h2so4溶液中浸泡7天，試樣表面沒(méi)有明顯變化，沒(méi)有發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象，平均腐蝕速率為0.068mm/年，可見(jiàn)，本發(fā)明高硅不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能。當(dāng)前第1頁(yè)12