CN101323895B - 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。包括步骤：a、钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；b、采用喷粉工艺在上述工位将粉剂喷入到钢液中；c、喷粉后直接上机浇注，连铸采用全程保护浇注。由于加入的粉剂配制科学合理，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，且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：一种去除钢液中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、喷入粉剂：采用喷粉工艺在上述工位将粉剂喷入到钢液中；c、连铸：喷粉后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
所述的喷入粉剂在精炼后期将粉剂喷入LF、RH或CAS-OB，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂的输送量在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
所述的喷入粉剂包括在VD精炼开始前将粉剂喷入钢包，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
所述的喷入粉剂还包括在LF、RH、VD或CAS-OB精炼结束后将粉剂喷入钢液，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～2.0MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
所述的喷入粉剂还包括直接将其喷入中间包，喷粉的位置为长水口下方，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
所述的喷入粉剂还包括直接将其喷入结晶器中，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
所述的粉剂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％。
所述的粉剂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％，Al2O315％～50％，SiO20～10％，MgO 0～10％，CaF20～30％，其熔点在1100℃～1550℃。
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。
本发明的粉剂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、中间包或结晶器中喷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粉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，由于本发明加入粉剂，其配制科学合理，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工位精炼，测温取样，调节成份，在合金化结束后，停止吹氩，喷入粉剂；输送气体为Ar，输送气压控制在0.01～1.2MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喂入量在0.3～1.5kg/t；喷粉后静止1～5min，然后吹氩轻处理，输送气压控制在0.13～0.2MPa之间，氩气流量为50～120Nl/min，吹氩轻处理时间为3～10min，喷粉后直接上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
粉剂的配制，首先低熔点预熔渣按配方配比取CaO 40kg、Al2O335kg、SiO210kg、MgO 10kg、CaF25kg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10h～22h即为成品，待冷却至室温后进行防潮密封包装500kg/袋，并在10天内使用。
实施例2
将转炉出钢运到RH工位精炼，抽真空，测温取样，调节成份，净循环，当合金化结束后，喷入粉剂，输送气体为CO2，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喂入量在0.3～1.8kg/t。喷粉后净循环3～10min，破真空，搬出，上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
粉剂的配制，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10～22h即为成品，其它同实施例1。
实施例3
将转炉出钢运到CAS-OB工位精炼，测温取样，调节成份。当合金化结束后，停止吹氩，喷入粉剂，输送气体为Ar与CO2的混合气体，二者的比例为3∶1，输送气压控制在0.01～1.8MPa，粉剂输送速率在0.01～2.8kg/s，喂入量在0.3～1.8kg/t。喷粉后吹氩轻处理，输送气压控制在0.13～0.2MPa之间，氩气流量为50～120Nl/min。吹氩轻处理时间为3～10min，喷粉后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
粉剂的配制，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；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10～20h即为成品，其它同实施例1。
实施例4
直接将粉剂喷入结晶器中，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喂入量在0.3～1.8kg/t，喷粉后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
粉剂的配制，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10～15h即为成品粉剂，其它同实施例1。
实施例5
将转炉出钢运到VD工位，在VD精炼开始前喷入粉剂，输送气体为Ar，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。VD炉保压67Pa至少为15分钟，或预抽和保压时间至少为25分钟；VD真空处理期间，氩气压力不小于0.1MPa，氩气流量80～100Nl/min，喷粉后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注。
粉剂的配制，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10～16h即为成品粉剂，其它同实施例1。
实施例6
精炼结束后测温取样，调节成份，上机浇注，连铸采用全程保护浇注，在浇注过程中直接将粉剂喷入中间包，喷粉的位置为长水口下方输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喷入粉剂后循环10min。
粉剂的配制，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l0h～20h即为成品粉剂，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粉剂喷入钢液，输送气体为Ar，输送气压控制在0.01～2.0MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。粉剂喷入后立即上机浇注，连铸采用全程保护浇注。
粉剂的配制，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20kg、碳酸镁30kg、氧化钙30kg、普通水泥6kg、水玻璃2kg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即为成品粉剂，其它同实施例1。
下面为本发明的粉剂在各种微合金钢及特殊钢的炉外精炼过程中去除细小夹杂物中的应用。
应用实施例
钢包运到RH工位后，抽真空，测温取样，调节成份，净循环，在合金化精炼后期喷入粉剂，输送气体为Ar，输送气压控制在0.01～1.2MPa，粉剂输送速率在0.01～2.8kg/s，粉剂的加入量为0.5～3.5kg/t，粉剂喷入后至少循环0.1～10min，破真空，搬出，上机浇注，连铸采用全程保护浇注。当粉剂加入钢水后由于碳酸钙、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，与此同时粉剂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：
钢包运到RH工位后，抽真空，测温取样，调节成份，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，分析结果见表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喷粉 | 10 | 7.14 | 0.00603 |
| 对比样 | 24 | 36.7 | 0.01439 |
Claims (9)
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、精炼：钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；
b、喷入粉剂：采用喷粉工艺在上述工位将粉剂喷入到钢液中；
c、连铸：喷粉后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注；
所述的粉剂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℃；
所述原料的粒径在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所述的喷入粉剂在精炼后期将粉剂喷入LF、RH或CAS-OB，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喷入粉剂包括在VD精炼开始前将粉剂喷入钢包，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的喷入粉剂还包括钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼结束后将粉剂直接喷入钢液，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～2.0MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述的粉剂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％。
6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是所述原料中氧化钙的活度≥200ml、氧化镁的活度≥200ml。
7.根据权利要求1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。
8.一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、精炼：钢水在LF、RH、VD或CAS-OB工位精炼；
b、喷入粉剂：采用喷粉工艺直接将粉剂喷入中间包；
c、连铸：喷粉后直接上机浇注，并且连铸采用全程保护浇注；
所述的粉剂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℃；所述原料的粒径在1nm～3.5mm。
9.根据权利要求8所述的工艺方法，其特征在于步骤b所述的直接将粉剂喷入中间包，喷粉的位置为长水口下方，输送气体为Ar和CO2中的一种或两种的混合气体，输送气压控制在0.01～1.5MPa，粉剂输送速率在0.01～3.5kg/s，喂入量在0.3～2kg/t。
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| 李桂荣，王宏明.管线钢冶炼工艺的特点.特殊钢Vol. 23 No. 5.2002,Vol. 23(No. 5),23-26. * |
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