CN101962702B - 一种控制钢中非金属夹杂物的方法 - Google Patents
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Abstract
一种控制钢中非金属夹杂物的方法，属于炼钢精炼控制领域。通过在精炼过程中采用两段法钙处理和软吹，在LF精炼结束和RH真空处理结束分别进行钙处理和软吹，控制铸坯中的非金属夹杂物组成为两类：70％～90％是以CaS为主要成分的非金属夹杂物，10％～30％为氧化物类非金属夹杂物，铸坯中的非金属夹杂物都为球形，铸坯中非金属夹杂物的颗粒直径均控制在5微米以下，且铸坯中直径大于3微米的非金属夹杂物数量控制在0～5个/cm2，解决钙处理后产生的钙铝酸盐类非金属夹杂物没有更多的时间排出钢液，造成铸坯中的钙铝酸盐类非金属夹杂物较多的问题。降低合金结构钢因为非金属夹杂物超标而导致的废品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制钢中非金属夹杂物的方法，属于炼钢技术领域，特别适用于需要真空处理、对夹杂物要求较严格的高质量弹簧钢、齿轮钢、管线钢等。
背景技术
在高品质合金结构钢的生产过程中，为了避免钢中的Al2O3夹杂物的危害和保持钢液的可浇性，主要采用的方法是对钢液进行钙处理，控制钢中的非金属夹杂物组成在较低熔点区域12CaO·7Al2O3附近；在管线钢生产过程中，钙处理的目的不仅是变性氧化物类夹杂物，还要避免钢液中出现MnS夹杂物，同时避免在凝固过程中由于S的偏析导致出现MnS夹杂物。
在钙处理过程中，现阶段各钢厂主要采用的方法是在浇铸前一次性地喂入足够的硅钙线，使钢液中的夹杂物充分转变，此方法最大的缺点是钙的作用不能得到充分的利用，由于在浇铸前一次性喂入硅钙线太多，变性的非金属夹杂物没有足够的时间上浮，这也是导致钢中非金属夹杂物容易超标的主要原因之一。
日本国专利申请号1994-131981(Ca添加鋼の溶制方法)公开了关于利用两段法钙处理的方法控制钢中非金属夹杂物形态和减少钢中非金属夹杂物数量的方法，具体方法为：转炉出钢后采用铝脱氧，之后进行钢液升温及喷粉脱硫，脱硫结束后进行第一段钙处理，第一段钙处理结束后进行RH真空处理，RH真空处理结束后浇铸，在浇铸 过程中，在中间包中喂钙进行钙处理。第一段钙处理后进行真空处理，钢液中非金属夹杂物的组成和数量得到有效控制，第二段钙处理的目的是使钢液浇铸过程中二次氧化产生的Al2O3类非金属夹杂物转变为液态的钙铝酸盐类非金属夹杂物，但是由于是在中间包中进行钙处理后就进行浇铸，第二段钙处理产生的钙铝酸盐类非金属夹杂物没有更多的时间排出钢液，造成铸坯中的钙铝酸盐类非金属夹杂物较多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制钢中非金属夹杂物的方法，解决钙处理后产生的钙铝酸盐类非金属夹杂物没有更多的时间排出钢液，造成铸坯中的钙铝酸盐类非金属夹杂物较多的问题。降低合金结构钢因为非金属夹杂物超标而导致的废品率。
本发明的技术解决方案是：控制铸坯中的非金属夹杂物为以下两类：(a)70％～90％的非金属夹杂物为以CaS为主要成分的非金属夹杂物：其中CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；(b)10％～30％的非金属夹杂物为氧化物类非金属夹杂物：其中CaO占35wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～55wt％，MgO占0～10wt％；铸坯中的非金属夹杂物都为球形，铸坯中非金属夹杂物的颗粒直径均控制在5微米以下，且铸坯中直径大于3微米的非金属夹杂物数量控制在0～5个/cm2；具体操作步骤如下：
(1)转炉生产的钢液经过铝脱氧后，在LF精炼过程中调节炉渣成分，控制钢液中的非金属夹杂物的组成为：Al2O3占75wt％～100wt％，MgO占0～25wt％，向钢液喂入硅钙线对钢液进行第一段钙处理，向钢 液喂硅钙线，喂入钢液中的钙量为0.2～0.4kg/吨钢；
(2)第一段钙处理结束后，在钢包底部吹氩对钢液进行第一次软吹，软吹时间为5～10分钟，软吹氩气流量控制在40～60Nl/min，软吹结束后，钢液中的非金属夹杂物为以下两类：(a)85％～95％的非金属夹杂物为氧化物类非金属夹杂物：CaO占30wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～65wt％，MgO占0～12wt％；(b)钢液中其余非金属夹杂物是以CaS为主要成分的非金属夹杂物：CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；
(3)对钢液进行RH真空处理，RH真空处理时间为20分钟，真空度为1.0～1.2hPa，提升气体是流量为1550～1700Nl/min的氩气；
(4)向钢液喂入硅钙线对钢液进行第二段钙处理，向钢液喂硅钙线，喂入钢液中的钙量为0.1～0.2kg/吨钢；
(5)第二段钙处理结束后，在钢包底部吹氩对钢液进行第二次软吹，软吹时间为10～15分钟，软吹氩气流量控制在40～60Nl/min，第二次软吹结束后进行浇铸，浇铸结束后铸坯中的非金属夹杂物为以下两类：(a)70％～90％的非金属夹杂物是以CaS为主要成分的非金属夹杂物：其中CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；(b)10％～30％的非金属夹杂物为氧化物类非金属夹杂物：其中CaO占35wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～55wt％，MgO占0～10wt％；铸坯中的非金属夹杂物都为球形，铸坯中非金属夹杂物的颗粒直径均控制在5微米以下，且铸坯中直径大于3微米的非金属夹杂物数量控制在0～5个/cm2；
LF精炼过程中炉渣的化学组成为：CaO占50wt％～63wt％、Al2O3占25wt％～35wt％，MgO占5wt％～10wt％，SiO2占3wt％～8wt％，FeO占0.3wt％～1.0wt％，余量物质为MnO、CaF2、S、P2O5，余量物质不 超过炉渣的5wt％。
钢液中的非金属夹杂物化学组成的分析方法为：提取钢液试样做成金相试样在扫描电镜下观察，随机统计试样中的100～200个非金属夹杂物的组成分布；铸坯中的非金属夹杂物数量统计方法为：提取铸坯试样做成金相试样，在显微镜下放大倍数为500～1000倍下随机统计200mm2面积上的夹杂物尺寸分布。
本发明的优点在于，第一段钙处理加快了钢液中非金属夹杂物的转变，第二段钙处理使夹杂物转变为以CaS为主要成分的非金属夹杂物，第二段钙处理后的软吹使钢液中的非金属夹杂物有更多的机会排出钢液。解决钙处理后产生的钙铝酸盐类非金属夹杂物没有更多的时间排出钢液，造成铸坯中的钙铝酸盐类非金属夹杂物较多的问题。降低合金结构钢因为非金属夹杂物超标而导致的废品率。
本发明的思路是：在LF精炼过程中，控制炉渣的组成，经过LF精炼过程中的钢液与炉渣之间、钢液与分金属夹杂物之间的反应，在第一段钙处理前，钢液中的非金属夹杂物主要是颗粒较小的Al2O3和MgO·Al2O3尖晶石类非金属夹杂物(当量直径小于10微米)，由于颗粒较小的Al2O3和MgO·Al2O3尖晶石非金属夹杂物不容易碰撞、聚合、上浮，第一段钙处理的目的是加快钢液中非金属夹杂物的转变为液态或者表面为液态复合钙铝酸盐的氧化物类非金属夹杂物，由于液态或者表面为液态的复合钙铝酸盐的氧化物类非金属夹杂物容易碰撞、聚合成较大颗粒的非金属夹杂物，经过第一次软吹处理、真空处理循环后，钢液中颗粒较大(直径大于10微米)的复合钙铝酸盐的氧化 物类非金属夹杂物已经排出钢液；经过第二段钙处理后，钢液中的非金属夹杂物转变为以CaS为主要成分的非金属夹杂物，在第二次软吹过程中，钢液中的CaS为主要成分的非金属夹杂物和残存的氧化物类非金属夹杂物(直径在5-10微米之间)有更多的机会排出钢液。
附图说明
附图1是一种控制钢中非金属夹杂物的方法的铸坯试样中观察到的非金属夹杂物形貌。
表1为图1中非金属夹杂物对应的化学组成。图1和表1中编号为1～9的非金属夹杂物是以CaS为主要成分的非金属夹杂物，图1和表1中编号为10～12的非金属夹杂物是氧化物类非金属夹杂物。
具体实施方式
实施例(4个炉次试验结果)
210吨氧气复吹转炉，转炉出钢过程加入铝铁(铝含量：40wt％)1100kg，石灰1800kg，萤石400kg，造渣料(CaO：90wt％、Al2O3：10wt％)500kg。出钢结束后4个炉次钢液[Al]含量分别为0.035wt％、0.047wt％、0.052wt％、0.042wt％，出钢结束后，进行底吹氩强搅拌钢液5分钟，底吹强度为1150Nl/min。
LF冶炼过程中，向炉渣表面加入铝粒200kg，降低炉渣中的FeO含量。4个炉次的钢包中炉渣的组成见附表2。
化渣后进行底吹Ar强搅拌脱硫，底吹强度为1000Nl/min，时间为15分钟。底吹强搅拌脱硫后，4个炉次的钢液硫含量控制分别为0.0006wt％、0.0006wt％、0.0008wt％、0.0007wt％，4个炉次的总氧含量为0.0008wt％、0.0009wt％、0.0011wt％、0.0009wt％。
强搅拌结束后，对钢液进行第一段钙处理，喂硅钙线量为400m(钙量为70kg)，喂线后进行钢包底吹氩气软吹，控制氩气流量为50Nl/min，软吹8分钟后4个炉次的钢液的[Ca]含量分别为：0.0010wt％、0.0016wt％、0.0014wt％、0.0017wt％；[S]含量分别为：0.0006wt％、0.0005wt％、0.0008wt％、0.0004wt％，总氧含量分别为0.0008wt％、0.0012wt％、0.0011wt％、0.0009wt％。
RH真空处理20分钟，真空度为1.16hPa，提升气体为1600Nl/min的Ar气，进行第二段钙处理，喂硅钙线量为200m(钙量为35kg)，喂线后进行钢包底吹氩气软吹，控制软吹氩气流量为50Nl/min，软吹12分钟后钢液的[Ca]：0.0010wt％、0.0012wt％、0.0013wt％、0.0011wt％，[S]含量分别为：0.0005wt％、0.0005wt％、0.0007wt％、0.0004wt％，总氧含量分别为0.0008wt％、0.0010wt％、0.0011wt％、0.0009wt％。软吹结束后浇铸，提取铸坯试样进行制样后在扫描电镜下观察，观察到的非金属夹杂物的形貌与化学组成分为两类：(1)70％～90％是以CaS为主要成分的非金属夹杂物，附图1和表1中编号为1～9的非金属夹杂物是以CaS为主要成分的非金属夹杂物；(2)10％～30％为氧化物类非金属夹杂物，附图1和表1中编号为10～12的非金属夹杂物是氧化物类非金属夹杂物。在扫描电镜下放大800倍下统计铸坯试样中夹杂物的数量，没有发现大于5微米的夹杂物，在200mm2面积上发现非金属夹杂物直径为3～5微米的个数分别为：9个、3个、0个、4个。
采用两段法钙处理的方法后，钢中的非金属夹杂物得到有效控 制，钢中的非金属夹杂物的粒径小，铸坯中非金属夹杂物的颗粒直径均控制在0～5微米，且铸坯中直径大于3微米的非金属夹杂物数量控制在小于5个/cm2。
表1
表2
Claims (2)
1.一种控制钢中非金属夹杂物的方法，其特征在于：控制铸坯中的非金属夹杂物为以下两类：(a)70％～90％的非金属夹杂物为以CaS为主要成分的非金属夹杂物：其中CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；(b)10％～30％的非金属夹杂物为氧化物类非金属夹杂物：其中CaO占35wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～55wt％，MgO占0～10wt％；铸坯中的非金属夹杂物都为球形，铸坯中非金属夹杂物的颗粒直径均控制在5微米以下，且铸坯中直径大于3微米的非金属夹杂物数量控制在0～5个/cm2；具体操作步骤如下：
(1)转炉生产的钢液经过铝脱氧后，在LF精炼过程中调节炉渣成分，控制钢液中的非金属夹杂物的组成为：Al2O3占75wt％～100wt％，MgO占0～25wt％，向钢液喂入硅钙线对钢液进行第一段钙处理，向钢液喂硅钙线，喂入钢液中的钙量为0.2～0.4kg/吨钢；
(2)第一段钙处理结束后，在钢包底部吹氩对钢液进行第一次软吹，软吹时间为5～10分钟，软吹氩气流量控制在40～60Nl/min，软吹结束后，钢液中的非金属夹杂物为以下两类：(a)85％～95％的非金属夹杂物为氧化物类非金属夹杂物：CaO占30wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～65wt％，MgO占0～12wt％；(b)钢液中其余非金属夹杂物是以CaS为主要成分的非金属夹杂物：CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；
(3)对钢液进行RH真空处理，RH真空处理时间为20分钟，真空度为1.0～1.2hPa，提升气体是流量为1550～1700Nl/min的氩气；
(4)向钢液喂入硅钙线对钢液进行第二段钙处理，向钢液喂硅钙线，喂入钢液中的钙量为0.1～0.2kg/吨钢；
(5)第二段钙处理结束后，在钢包底部吹氩对钢液进行第二次软吹，软吹时间为10～15分钟，软吹氩气流量控制在40～60Nl/min，第二次软吹结束后进行浇铸，浇铸结束后铸坯中的非金属夹杂物为以下两类：(a)70％～90％的非金属夹杂物是以CaS为主要成分的非金属夹杂物：其中CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；(b)10％～30％的非金属夹杂物为氧化物类非金属夹杂物：其中CaO占35wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～55wt％，MgO占0～10wt％；铸坯中的非金属夹杂物都为球形，铸坯中非金属夹杂物的颗粒直径均控制5微米以下，且铸坯中直径大于3微米的非金属夹杂物数量控制在0～5个/cm2。
2.如权利要求1所述的一种控制钢中非金属夹杂物的方法：LF精炼过程中炉渣的化学组成为：CaO占50wt％～63wt％、Al2O3占25wt％～35wt％，MgO占5wt％～10wt％，SiO2占3wt％～8wt％，FeO占0.3wt％～1.0wt％，余量物质为MnO、CaF2、S、P2O5，余量物质不超过炉渣的5wt％。
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