CN100582249C - 炉外精炼去除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，特别是一种钢水炉外精炼去除细小夹杂物的工艺方法。包括如下步骤：a.钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；b.采用喂线工艺在上述工位将包芯线喂入到钢液中；c.喂线后直接上机浇注，连铸采用全程保护浇注。由于加入的包芯线配制科学合理，当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，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，特别是一种炉外精炼去除细小夹杂物的工艺方法，是各种微合金钢或特殊钢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，且降低冶炼成本的炉外精炼去除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：炉外精炼去除细小夹杂物的工艺方法，包括如下步骤：a、精炼：钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；b、喂入包芯线：采用喂线工艺在上述工位将包芯线喂入到钢液中；c、连铸：喂线后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
所述的喂入包芯线在LF精炼后期喂入，喂线过程停止吹氩搅拌，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后静止0.1～10min，后进行吹氩轻处理，氩气的流量为50～280Nl/min，弱吹氩时间为0.1～5min。
所述的喂入包芯线在RH精炼后期喂入，喂线位置选择在RH下降管一侧。喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后RH循环时间为3～10min。
所述的喂入包芯线在VD精炼开始前喂入，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，VD炉保压67Pa至少15分钟，或预抽和保压时间至少25分钟，VD真空处理期间，氩气压力至少0.1MPa，氩气流量80～100Nl/min。
所述的喂入包芯线在CAS-OB精炼后期合金化处理后喂入，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后底吹氩气搅拌，氩气搅拌强度为0～0.004m3/(min·t)，吹氩时间在0.1～10min。
所述的喂入包芯线还包括在LF、RH、VD或CAS-OB精炼结束后将包芯线喂入钢液，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。
所述的喂入包芯线还包括直接将其喂入中间包，喂线的位置为长水口下方，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。
所述的喂入包芯线还包括直接将其喂入结晶器中，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。
所述的包芯线的线芯是由如下原料按重量百分比经制备而成：
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％，氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物0～98％，氟化钙0～40％，粘结剂0～20％。
所述的包芯线的线芯是由如下原料按重量百分比经制备而成：
低熔点预熔渣粉剂10～35％，碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物10～45％，氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物30～70％，氟化钙5～30，粘结剂5～15％。
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。
所述原料的粒度在1nm～3.5mm，其中氧化钙、氧化镁的活度≥200ml。
所述的包芯线以2～5mm厚的低碳钢带为外皮。
本发明的包芯线在各种微合金钢以及特殊钢的精炼生产过程中，通过在LF、RH、VD、CAS-OB、中间包或结晶器中喂入即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包芯线，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3～14ppm，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。
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
将转炉出钢运到LF工位，测温取样，调节成份；当合金化结束后，停止吹氩，喂包芯线，线速度为200～350m/min，喂线量为100～800m/t；喂线后静止1～3min，然后吹氩轻处理，吹氩压力在0.13～0.2MPa之间，氩气流量为50～120Nl/min，弱吹氩时间为3min，搬出，上机浇铸，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，首先低熔点预熔渣按配方配比取CaO粉40kg、Al2O3粉35kg、SiO2粉10kg、MgO粉10kg、CaF2粉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5kg、氧化钙粉55kg、碳酸钙粉5kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入80～200℃烘干设备进行烘干10～22h即为粉剂。以厚度为2mm～5mm的普通低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，包芯线制线速度为8～30m/min，包芯线粉剂含量在100～240g/m，包装成1000～2000m/卷，利于使用中控制加入量与加入速度，包芯线的截面为圆形，包装要确保密封良好，防止潮湿，并在20天内使用。
实施例2
将转炉出钢运到RH工位，测温取样，调节成份，净循环。当合金化结束后，喂入包芯线，喂线位置选择在RH下降管一侧。喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。喂线后RH循环时间为3～10min，破空，搬出，上机浇铸，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，首先按配方配比取CaO10kg、Al2O350kg、SiO25kg、MgO5kg、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、氧化镁98kg、碳酸镁1kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入100～150℃烘干设备进行烘干10h～22h即为粉剂，以厚度为2mm的低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，其它同实施例1。
实施例3
将转炉出钢运到CAS-OB工位，测温取样，调节成份。当合金化结束后，喂入包芯线，喂线速度在200～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后底吹氩气搅拌，氩气搅拌强度为0～0.004m3/(min·t)。吹氩时间在1～10min。搬出，上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，首先按配方配比取CaO70kg、Al2O315kg、SiO23kg、MgO2kg、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45kg、碳酸钙与碳酸镁的混合物30kg(两者的配比不严格要求)、氧化钙与氧化镁的混合物10kg、膨润土15kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入70～180℃烘干设备进行烘干10h～20h即为粉剂，以厚度为2.5mm的低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，其它同实施例1。
实施例4
将转炉出钢运到VD工位，在VD精炼开始前喂入包芯线，喂线速度在200～350m/min，喂入量在50～800m/t，VD炉保压67Pa至少15分钟，或预抽和保压时间至少25分钟，VD真空处理期间，氩气压力至少0.1MPa，氩气流量80～100Nl/min，搬出，上机浇铸，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，首先按配方配比取CaO50kg、Al2O340kg、SiO25kg、MgO5kg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60kg、氟化钙10kg、碳酸钙1kg、氧化镁25kg、粘土4kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入90～160℃烘干设备进行烘干10h～15h即为粉剂，以厚度为5mm的低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，横截面为方形，其它同实施例1。
实施例5
在连铸过程中直接将包芯线喂入中间包，喂线的位置为长水口下方，喂线速度在200～350m/min，喂入量在50～800m/t，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，首先按配方配比取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3kg、氟化钙2kg、碳酸钙10kg、氧化镁85kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入80～180℃烘干设备进行烘干10h～16h即为粉剂，以厚度为4mm的低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，其它同实施例1。
实施例6
在连铸过程中直接将包芯线喂入结晶器中，喂线速度在200～350m/min，喂入量在50～800m/t，搬出，上机浇铸，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，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12kg、氟化钙18kg、碳酸镁45kg、氧化钙15kg、粘土6kg、水玻璃4kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入90～170℃烘干设备进行烘干10h～20h即为粉剂，以厚度为3mm的低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，横截面为方形，其它同实施例1。
实施例7
当钢液在LF、RH、VD或CAS-OB精炼处理结束后直接将包芯线喂入钢液，喂线速度在200～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
包芯线的配制，首先按配方配比取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12kg、氟化钙18kg、碳酸镁45kg、氧化钙15kg、普通水泥6kg、水玻璃4kg入立式混料器中进行均匀混料1～8h，其中所述氧化钙、氧化镁的活度≥200ml；制备好的粉料入100～150℃烘干设备进行烘干10h～17h即为粉剂，以厚度为3.5mm的低碳钢带作为包芯线的外皮，线芯为经过烘干的上述粉剂在制线机上，采用单层钢带搭接式制包芯线，其它同实施例1。
应用实施例：
将转炉出钢运到LF工位，测温取样，调节成份；当合金化结束后，停止吹氩，喂包芯线，喂线速度为200～300m/min，喂线量为100～800m/t；喂线后静止1～3min，然后吹氩轻处理，吹氩压力在0.13～0.2MPa之间，氩气流量为50～120Nl/min，弱吹氩时间为3min，搬出，上机浇铸，连铸采用全程保护浇注。当包芯线加入钢水后由于碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙和碳酸镁粉料足够细小，从而产生弥散细小的气泡，气泡越小，夹杂物的去除效率越高，与此同时包芯线分解另一产物活性氧化钙的粒度越细小，就越能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，具有渣洗功能。
对比样：
将转炉出钢运到LF工位，测温取样，调节成份，吹氩轻处理，吹氩压力在0.13～0.2MPa之间，氩气流量为50～120Nl/min，弱吹氩时间为3min，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，分析结果如表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％ |
| LF喂线 | 14 | 8.34 | 0.00803 |
| 对比样 | 26 | 39.7 | 0.01239 |
Claims (14)
1、一种炉外精炼去除细小夹杂物的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
a、精炼：钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；
b、喂入包芯线：采用喂线工艺在上述工位将包芯线喂入到钢液中；
c、连铸：喂线后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注；
包芯线的线芯是由如下原料按重量百分比经制备而成：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％，氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物10～98％，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℃；
所述原料的粒径1nm～3.5mm。
2、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喂入包芯线在LF精炼后期喂入，喂线过程停止吹氩搅拌，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后静止0.1～10min，后进行吹氩轻处理，氩气的流量为50～280Nl/min，弱吹氩时间为0.1～5min。
3、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喂入包芯线在RH精炼后期喂入，喂线位置选择在RH下降管一侧，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后RH循环时间为3～10min。
4、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喂入包芯线在VD精炼开始前喂入，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，VD炉保压67Pa至少15分钟，或预抽和保压时间至少25分钟，VD真空处理期间，氩气压力至少0.1MPa，氩气流量80～100Nl/min。
5、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喂入包芯线在CAS-OB精炼后期合金化处理后喂入，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t，喂线后底吹氩气搅拌，氩气搅拌强度为0～0.004m3/(min·t)，吹氩时间在0.1～10min。
6、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喂入包芯线还包括钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼结束后将包芯线直接喂入钢液，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。
7、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于包芯线的线芯是由如下原料按重量百分比经制备而成：
低熔点预熔渣粉剂 10～35％
碳酸钙、碳酸镁或碳酸钙与碳酸镁的混合物 10～45％
氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物 30～70％
氟化钙 5～30％
粘结剂 5～15％
8、根据权利要求1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。
9、根据权利要求1或7所述的工艺方法，其特征在于所述的原料中氧化钙的活度≥200ml或氧化镁的活度≥200ml。
10、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述的包芯线以所述线芯为芯，以2～5mm厚的低碳钢带为外皮。
11、一种炉外精炼去除细小夹杂物的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
a、精炼：钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；
b、喂入包芯线：采用喂线工艺直接将包芯线喂入中间包；
c、连铸：喂线后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注；
包芯线的线芯是由如下原料按重量百分比经制备而成：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％，氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物10～98％，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℃；
所述原料的粒径1nm～3.5mm。
12、根据权利要求11所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的直接将包芯线喂入中间包，喂线的位置为长水口下方，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。
13、一种炉外精炼去除细小夹杂物的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
a、精炼：钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；
b、喂入包芯线：采用直接将包芯线喂入结晶器中；
c、连铸：喂线后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注；
包芯线的线芯是由如下原料按重量百分比经制备而成：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％，氧化钙、氧化镁或氧化钙与氧化镁的混合物10～98％，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：CaO10％～70％，Al2O3 15％～50％，SiO2 0～10％，MgO 0～10％，CaF2 0～30％，其熔点在1100℃～1550℃；
所述原料的粒径1nm～3.5mm。
14、根据权利要求13所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的直接将包芯线喂入结晶器中，喂线速度在180～350m/min，喂入量在50～800m/t。
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