CN100543152C - 一种去除钢液中细小夹杂物的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种各种微合金钢以及特殊钢的炉外精炼工艺，特别是一种去除钢液中细小夹杂物的工艺方法。包括如下步骤：a、RH工位的调整：调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧；b、精炼：钢包运到RH工位后，测温取样，抽真空，调节成份，净循环；c、投入复合球体：精炼结束后在上述工位将复合球体投入到钢液中；d、连铸：投入复合球体后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。本发明的工艺方法可控制钢中非金属夹杂物的尺寸和数量，可将钢中总氧控制到3～14ppm，夹杂物的当量直径为0.5～9μm，夹杂物平均面积在0.002～0.008%，大大提高钢水的纯净度降低冶炼成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种各种微合金钢以及特殊钢的炉外精炼工艺，特别是一种去除钢液中细小夹杂物的工艺方法，它是各种微合金钢或特殊钢二次精炼去除细小夹杂物首选的工艺方法。
背景技术
近年来，由于钢包精炼技术及连铸技术的进步，减少了氧化物系非金属夹杂物的含量，从而可以生产出洁净度优良的钢水。但是，由于钢材的用途和使用条件的苛刻，对钢中夹杂物的要求更加严格。
夹杂物对钢材的危害主要与夹杂物的数量和尺寸有关，对夹杂物进行质量控制，首要的是控制夹杂物的数量和尺寸。由于钢种不同和冶炼成本限制，对夹杂物的要求也不尽相同，对普通钢，总氧50ppm、夹杂物大小在50μm以下，通常对钢材性能不构成严重的质量问题。然而，对IF钢、硅钢、帘线钢和管线钢等，这个指标可能根本达不到要求，例如，钢帘线要求Al2O3夹杂小于10～15μm，才能满足拉丝过程中20万米无断头的要求。
提高钢产品质量、生产纯净钢的关键在于控制夹杂物。钢液中的夹杂物大部分是通过浮力自然上浮去除的，可以说这种情况在整个冶金过程中一直在进行。但是，炼钢是大规模连续生产，仅靠自然上浮效率很低，无法满足生产要求，因此常常采用专门的手段，例如炉外精炼、过滤等，强化夹杂物的去除。吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼手段之一，底吹氩可以均匀钢液的成分和温度，最重要的功能是促进钢液中夹杂物的去除。
虽然上述方法能在一定程度上去除夹杂物，但是却不能对细小夹杂物进行有效的控制。钢液中微小夹杂物的去除问题是目前各种炉外精练技术所没能有效解决的问题，也是近年来炼钢、连铸新技术研究的热点问题。
发明内容
本发明是针对上述现有技术中存在的问题提供一种能稳定控制钢液中夹杂物的尺寸和数量分布的冶炼方法，效果明显、稳定、利于操作、确保和提高精炼钢的质量，降低冶炼成本的一种去除钢液中细小夹杂物的工艺方法。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：炉外精炼去除钢液中细小夹杂物的工艺方法，包括如下步骤：
a、RH工位的调整：调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧；b、精炼：钢包运到RH工位后，测温取样，抽真空，调节成份，净循环；c、投入复合球体：精炼结束后在上述工位将复合球体投入到钢液中；d、连铸：投入复合球体后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
所述的精炼其冶炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃。
所述的投入复合球体，从RH高位合金料仓投入，且RH真空室真空度控制在66.7～500Pa。
所述的投入复合球体其复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min。
所述的投入复合球体后至少循环0.1～15min。
所述的复合球体是由球芯和外壳构成，所述的球芯主要由低熔点预熔渣粉剂、碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物组成，所述的外壳主要由氧化钙或氧化镁的一种或两种的混合物构成。
所述的复合球体的球芯由下述原料按重量百分比制备而成：
低熔点预熔渣粉剂1％～70％，碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物1％～60％，氟化钙0～40％，粘结剂0～20％。
所述的复合球体的球芯由下述原料按重量百分比制备而成：
低熔点预熔渣粉剂10％～50％，碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物10％～45％，氟化钙5％～30％，粘结剂5％～15％。
所述的复合球体的外壳还包括0～20％的粘结剂。
所述的低熔点预熔渣粉剂由如下原料按重量百分比经制备而成：CaO 10％～70％，Al2O3 15％～50％，SiO2 0～10％，MgO 0～10％，CaF2 0～30％，其熔点在1100℃～1550℃。
所述的粘结剂为粘土、普通水泥、膨润土、水玻璃中任意一种或两种以上的混合物。
本发明的复合球体在各种微合金钢以及特殊钢的精炼生产过程中，通过投入的方式可稳定控制钢液中细小夹杂物的尺寸数量与分布，而且取得理想的效果。
本发明采用碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物超细粉料作为微小气泡的原位生成剂，碳酸钙、碳酸镁的分解过程如下：
当碳酸钙、碳酸镁粉料足够细小时，产生气泡的尺寸与粉料的大小相当。因此可以在钢水中引入超细气泡(气泡的尺寸在10～300μm之间)。气泡的尺寸越细小，夹杂物的去除效率越高。此外，加入的氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物+低熔点预熔渣+氟化钙+碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物的本发明添加剂分解反应后的另一产物氧化镁或氧化钙尺寸细小，能够在钢液中迅速熔化形成渣滴并与钢液中的Al2O3夹杂物形成低熔点钙铝酸盐，易于上浮到钢包渣中，从而降低精炼过程产生的Al2O3夹杂物的数量与尺寸。
本发明的工艺方法与现有技术相比，由于本发明加入独特的复合球体，配制科学合理，在钢水中产生微小气泡，与夹杂物的碰撞概率高，同时细小渣滴具有渣洗功能，亦能对钢液中的夹杂物进行有效去除，并经应用证明，本发明的工艺方法可控制钢中非金属夹杂物的尺寸和数量，可将钢中总氧控制到3～15ppm，夹杂物的当量直径为0.5～9μm，夹杂物平均面积在0.002～0.008％，大大提高钢水的纯净度降低冶炼成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，首先低熔点预熔渣按配方配比取CaO 40kg、Al2O3 35kg、SiO2 10kg、MgO 10kg、CaF2 5kg放入混料器中进行均匀混料、然后在镁砂坩埚中熔化、冷却，后经破碎碾压及气流微粉磨研磨成粒径为1nm～3.5mm的粉料，其熔点在1100～1550℃备用；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的低熔点预熔渣粉35kg、氟化钙粉10kg、碳酸钙粉50kg、粘土5kg入立式混料器中进行充分搅拌混合，混料时间为1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为80～110℃，时间为2～6h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体的外壳按含1％的普通水泥与氧化钙混合；按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化钙的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为10～60mm，最后将其在60～120℃烘干，烘干时间10～24h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
实施例2
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，首先按配方配比取CaO 10kg、Al2O3 50kg、SiO2 5kg、MgO 5kg、CaF230kg制备低熔点预熔渣，其方法同实施例1；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的制备好的低熔点预熔渣1kg、碳酸镁60kg、氟化钙29kg、膨润土10kg入立式混料器中进行均匀混料1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为90～120℃，时间为2～5h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体的外壳按含20％的粘土与氧化钙和氧化镁的混合，按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化钙、氧化镁的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为5～60mm，最后将其在80～200℃烘干，烘干时间10～12h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
实施例3
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，首先按配方配比取CaO70kg、Al2O315kg、SiO23kg、MgO 2kg、CaF210kg制备低熔点预熔渣，其方法同实施例1；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的制备好的低熔点预熔渣55kg、碳酸钙与碳酸镁的混合物30kg(两者的配比不严格要求)、粘土15kg入混料器中进行充分搅拌混合，混料时间为1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为100～150℃，时间为2～5h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体的外壳按含15％的普通水泥与氧化钙和氧化镁的混合，按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化钙、氧化镁的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为5～60mm，最后将其在90～150℃烘干，烘干时间10～18h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
实施例4
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，首先按配方配比取CaO50kg、Al2O340kg、SiO25kg、MgO 5kg制备低熔点预熔渣，其方法同实施例1；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的制备好的低熔点预熔渣70kg、碳酸钙21kg、粘土5kg、水玻璃4kg入立式混料器中进行充分搅拌混合，混料时间为1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为80～140℃，时间为2～7h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体的外壳按含5％的粘土与氧化镁混合，按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化镁的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为5～60mm，最后将其在70～180℃烘干，烘干时间10～15h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
实施例5
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，取CaO55kg、Al2O325kg、CaF220kg制备低熔点预熔渣，其方法同实施例1；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的制备好的低熔点预熔渣25kg、氟化钙30kg、碳酸钙45kg入立式混料器中进行充分搅拌混合，混料时间为1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为90～130℃，时间为2～8h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体的外壳按含8％的粘土与氧化钙混合，按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化镁的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为5～60mm，最后将其在100～200℃烘干，烘干时间10～15h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
实施例6
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，首先按配方配比取CaO35kg、Al2O345kg、MgO5kg、CaF215kg制备低熔点预熔渣，其方法同实施例1；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的制备好的低熔点预熔渣40kg、氟化钙5kg、碳酸镁45kg、粘土6kg、水玻璃4kg入立式混料器中进行充分搅拌混合，混料时间为1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为95～120℃，时间为2～8h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体的外壳按含12％的粘土与氧化镁混合，按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化镁的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为5～60mm，最后将其在90～160℃烘干，烘干时间10～22h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
实施例7
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
复合球体的配制，取CaO20kg、Al2O330kg、SiO210kg、MgO10kg、CaF230kg制备低熔点预熔渣，其方法同实施例1；再按配方配比分别取其粒径为1nm～3.5mm的制备好的低熔点预熔渣20kg、氟化钙40kg、碳酸镁25kg、普通水泥6kg、水玻璃9kg入立式混料器中进行充分搅拌混合，混料时间为1h～3h，上述混合后的原料再在烘干设备中进行烘干处理，烘干温度为100～140℃，时间为2～4h。上述烘干处理后的原料采用滚动方法在圆盘造球机上制球芯，圆盘造球机的转速为400～1600r/min，球芯大小的控制通过筛分进行确定，得到其直径为1～20mm。复合球体外壳按氧化钙与氧化镁混合，按上述配比取外壳所需的粉料在混料器中进行充分混合，氧化钙、氧化镁的活度≥200ml，混料时间为1～3h。将已制好的球芯与外壳原料通过滚动方法在圆盘造粒机上进行复合制球，通过筛分对球体大小进行控制确定，制好的复合球体尺寸为5～60mm，最后将其在70～150℃烘干，烘干时间10～24h，冷却至室温将其包装10～30kg/袋，并在20天内使用。
应用实施例
调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧。将钢包运至RH工位，测温取样，精炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃，抽真空、调节成份，净循环。当RH真空室真空度在66.7～500Pa时，从RH合金料仓投入复合球体，复合球体的直径为10～60mm，复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min，投入复合球体后循环0.1～15min；然后搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
对比样：
将钢包运至RH工位，抽真空、调节成份，测温取样，净循环，搬出、上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
沿铸坯内弧1/4处取样在500倍显微镜下分析夹杂物形貌和粒度，并采用定量金相分析夹杂物面积含量(分析面积为10×10mm)，采用氮氧仪分析全氧含量，结果如表1所示。
表1 应用实施例与对比样的试验结果
| 应用实施例 | 全氧ppm | 最大夹杂物尺寸μm | 夹杂物面积平均含量％ |
| RH喂球 | 8 | 5.84 | 0.00147 |
| 对比样 | 14 | 10.32 | 0.005112 |
Claims (7)
1、一种去除钢液中细小夹杂物的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
a、RH工位的调整：调节RH下降管与下料管的位置，使之处于下料管的异侧；
b、精炼：钢包运到RH工位后，测温取样，抽真空，调节成份，净循环；
c、投入复合球体：精炼结束后在上述工位将复合球体投入到钢液中；
d、连铸：投入复合球体后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
所述的复合球体是由球芯和外壳构成，所述的外壳主要由氧化钙或氧化镁的一种或两种的混合物构成；所述的球芯由下述原料按重量百分比制备而成：低熔点预熔渣粉剂1～70％，碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物1～60％，氟化钙0～40％，粘结剂0～20％；所述的低熔点预熔渣粉剂由如下原料按重量百分比经制备而成：CaO 10～70％，Al2O3 15～50％，SiO2 0～10％，MgO 0～10％，CaF2 0～30％，其熔点在1100℃～1550℃；所述球芯原料的粒径为1nm～3.5mm，所述的球芯的直径为1～20mm，复合球体尺寸为5～60mm。
2、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的精炼其冶炼过程钢水实际需要温度高于一般精炼所需温度5～25℃。
3根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤c所述的的投入复合球体，从RH高位合金料仓投入，且RH真空室真空度控制在66.7～500Pa。
4、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤c所述的投入复合球体其复合球体的加入量为0.5～3.5kg/t，单次加入量在50～130kg，两次加入间隔在0～5min。
5、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤c所述的投入复合球体后至少循环0.1～15min。
6、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述的复合球体的球芯由下述原料按重量百分比制备而成：
低熔点预熔渣粉剂 10～50％
碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物 10～45％
氟化钙 5～30％
粘结剂 5～15％
7、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述的复合球体的外壳还包括0～20％的粘结剂。
8、根据权利要求1、6或7所述的工艺方法，其特征在于所述的粘结剂为粘土、普通水泥、膨润土、水玻璃中任意一种或两种以上的混合物。
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