CN102191351A - 降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法、包装体及其长带、供给方法和供料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法、易挥发合金元素材料的包装体及其长带、易挥发合金元素材料的包装体的供给方法和专用供料装置。在熔炼后期，将易挥发合金元素材料放入准备好的纯铁包装体中，然后通过合金元素材料专用加料装置加入到钢液中，使合金元素材料能够得到充分利用，减少合金元素的烧损，细化晶粒。本发明是可以实现连续向钢液中投放易挥发合金元素材料，提高了供料的自动化程度，冶炼方法简单，易于操作，节约生产成本。

Description

降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法、包装体及其长带、供给方法和供料装置

技术领域

本发明涉及一种降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法、易挥发合金元素材料的包装体及其长带、易挥发合金元素材料的包装体的供给方法及其专用供料装置，属于低碳合金钢冶炼技术领域。

背景技术

低碳合金钢中需要加入多种合金元素，如Si、Mn、Nb、Mo、Al、Ni、Ti等，这些固溶元素在高强度低碳超低碳合金钢中主要起固溶强化、析出强化、细晶强化的作用，从而可以细化晶粒，提高合金钢的力学性能。

低碳合金钢成分设计不同于传统的钢种，一般在低C-Si钢中添加微量的Mn、Al等合金元素，通过微合金化与轧制、冷却工艺相结合使得晶粒充分细化，并且结合析出强化和位错亚结构强化效应，达到大幅度提高钢材综合性能的目的。目前，低碳合金钢熔炼过程中，直接向钢液中加入合金元素，而且Mn、Al元素均为易挥发元素，由于低碳超低碳合金钢中碳含量较低，大部分在0.06%以下，根据Fe-C相图可知熔炼温度很高，一般达到1570℃，造成易挥发合金元素的大量烧损。根据经验表明，在低碳超低碳合金钢熔炼过程中，Mn元素的烧损率达到30%，Al元素的烧损率达到40%，Ti、Mo、Nb等合金元素也有不同程度的烧损。而合金元素的烧损对合金钢性能造成不利影响，如Mn元素的烧损造成合金钢强度降低；Nb元素的烧损使合金钢再结晶温度不能有效降低，影响轧制效果；Al元素的烧损则造成合金钢组织中碳氮化物析出数量减少；这些后果都使合金元素起不到细晶强化的作用。所以说这些易挥发合金元素的烧损对合金钢组织及其力学性能有重要影响，对正确分析合金钢性能造成极大困扰，而且由于合金元素大量烧损造成合金元素成本增大，浪费资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低碳合金钢熔炼过程中易挥发合金元素加入的方法，在满足了熔炼合金化的要求的同时，避免钢中的易挥发合金元素在熔炼期的烧损，保障合金元素发挥合金组分元素的作用，并且节约合金元素用量，节约生产成本，使合金元素起到细化晶粒组织，提高力学性能的目的。

为了解决以上技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法，在低碳钢冶炼后期将装有易挥发金属的包装体通过专用供料装置加入到钢液中，实现易挥发合金元素的合金化，包装体的外包装层用纯铁材料制成，形成易挥发金属的保护层。

上述冶炼方法可用于冶炼含有易挥发合金元素的超低碳合金钢。

上述易挥发合金元素为硅、锰、铌、钼、铝、镍和钛中的任意一种或几种元素。

为了有效避免易挥发合金元素烧损，还发明了一种易挥发合金元素材料的包装体，其具有密封的纯铁外装层，由纯铁外装层封装形成的密闭腔室中装入易挥发合金元素材料。

上述纯铁外装层具有开口，可装卸的纯铁封口部件与开口密封配合形成密闭腔室，易挥发合金元素材料通过开口装入密闭腔室中。

上述纯铁封口部件可采用为螺栓，螺栓的外螺纹与开口侧壁上的内螺纹密封拧紧配合。

上述易挥发合金元素材料的包装体的形状为圆柱体、方柱体、球体、椎体、纺锤体或不定型体。

为了将易挥发合金元素材料向钢液中连续加入，还发明了一种易挥发合金元素材料的包装体的长带，由多个易挥发合金元素材料的包装体的纯铁外装层通过连接部件顺序连接而成，形成长带形状。

为了向钢液中连续加入易挥发合金元素材料，还发明了一种易挥发合金元素材料的包装体的供给方法，包括如下工序：

1.将易挥发合金元素材料的包装体的长带伸展并拉直；

2.沿长带的各连接部件将长带依次切断成各个易挥发合金元素材料的包装体；

3.将各个易挥发合金元素材料的包装体逐个输送到钢液中。

为了向钢液中连续加入易挥发合金元素材料，还发明了一种易挥发合金元素材料的专用自动供料装置，主要包括牵拉剪切机和滑槽，牵拉剪切机将长带切断成多个易挥发合金元素材料的包装体，滑槽将切断后的各装有易挥发合金元素材料的包装体依次输送到钢液中。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明的降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法可以在满足了熔炼的要求的同时，有效避免钢中易挥发合金元素在熔炼期的烧损，并可节约合金元素用量，节约生产成本，使合金元素起到细化晶粒组织，提高力学性能的目的。

2. 本发明的易挥发合金元素材料的包装体构造了易挥发合金元素材料向钢液中投放的专门的保护装置，显著降低了易挥发合金元素的烧损。

3. 本发明的易挥发合金元素材料的包装体的长带、包装体的供给方法和易挥发合金元素材料的专用自动供料装置将各个包装体连接起来，具有一定的强度，不会被拉断，实现连续向钢液中输送易挥发合金元素材料，提高了供料的自动化程度。

附图说明

图1是本发明第一个实施例中带开口的包装体的剖视图。

图2是本发明第一个实施例中的包装体结构分解示意图。

图3是本发明第二个实施例中的包装体长带的结构图。

图4是本发明第二个实施例中的专用自动供料装置示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1和图2，本发明降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法是在低碳钢冶炼后期将装有易挥发金属的包装体通过专用供料装置加入到钢液中，实现易挥发合金元素的合金化，包装体的外包装层用纯铁材料制成，形成易挥发金属的保护层。在熔炼低碳合金钢后期，如出钢前1—10分钟，通过观察孔观察钢液情况，待炉中钢液混合均匀，气泡上浮完全以后，将易挥发合金元素材料用纯铁外包装层包裹形成包装体，包装体可防止合金元素露出，最后通过专用供料装置把装有易挥发合金元素材料的包装体加入到钢液中。

上述合金钢冶炼方法用于冶炼含有易挥发合金元素的超低碳合金钢同样有效。

上述合金钢冶炼方法可降低易挥发合金元素为硅、锰、铌、钼、铝、镍和钛的烧损。

为了有效避免易挥发合金元素烧损，上述易挥发合金元素材料的包装体具有密封的纯铁外装层1，由纯铁外装层1封装形成的密闭腔室2中装入易挥发合金元素材料。纯铁外装层1形成对内置的易挥发合金元素材料的专门的保护装置，防止易挥发合金元素泄漏，可以有效减少其烧损，节约易挥发合金元素材料，降低合金冶炼的原材料成本。

参见图2，上述纯铁外装层1具有开口3，可装卸的纯铁封口部件4与开口3密封配合形成密闭腔室2，易挥发合金元素材料通过开口3装入密闭腔室2中，可以通过装卸封口部件4将开口3开启或密封，方便通过开口3向密闭腔室2中中装入易挥发合金元素材料。

上述纯铁封口部件4可采用螺栓，螺栓的外螺纹与开口3侧壁上的内螺纹密封拧紧配合。螺纹连接较为方便将密闭腔室2打开和旋紧密封。

上述易挥发合金元素材料的包装体的形状为圆柱体、方柱体、球体、椎体、纺锤体或不定型体。所述包装体可以是纯铁铁皮包裹，纯铁槽包裹或其他包装形式，体现为各种外形。

实施例二：

本实施例中的易挥发合金元素材料的包装体与实施例一基本相同，特别之处在于将各个包装体进行连接，形成长带，具体技术方案如下：

参见图3，为了将易挥发合金元素材料向钢液中连续加入，将实施例一中的装有易挥发合金元素材料的包装体的单体连接起来，形成一种易挥发合金元素材料的包装体的长带，由多个易挥发合金元素材料的包装体的纯铁外装层1通过连接部件5顺序连接而成，形成长带形状，长带的连接部件具有一定的强度，不会被拉断，可以将一系列包装体顺次连接存放或布置在原料供应流水线设备上。

使用上述包装体长带，可以将长带上连接的各个包装体在供料生产线上进行分割并向钢液中连续供应，采用一种易挥发合金元素材料的包装体的连续供给的方法，包括如下工序：

a.将装有易挥发合金元素材料的包装体的长带伸展并拉直；

b.沿长带的各连接部件将长带依次切断成各个易挥发合金元素材料的包装体；

c.将各个易挥发合金元素材料的包装体逐个输送到钢液中。

参见图4，为了实现向钢液中连续加入易挥发合金元素材料，需要使用一种易挥发合金元素材料的专用自动供料装置，主要包括牵拉剪切机6和滑槽7，牵拉剪切机6将长带切断成多个装有易挥发合金元素材料的包装体，滑槽7将切断后的各装有易挥发合金元素材料的包装体依次输送到钢液中。将长带的起始端送到牵拉剪切机6的牵拉机构中，将长带拉直，通过剪切机6将沿长带的各连接部件5切断，切断长带后形成的包装体单元依次沿滑槽7逐个输送到钢液中，提高了供料系统的自动化程度，也可提高低碳钢合金化的效率和质量。

技术效果实验对比例：

对比未采用包装体保护易挥发合金元素材料的传统的低碳合金钢冶炼方法，易挥发合金元素烧损情况明显，通过包装体包裹易挥发合金元素材料进行熔炼的钢坯，不仅合金元素没有发生明显烧损的情况，使合金元素有效固溶，起到了很好的细化晶粒的效果，而且节省了合金原料。具体参加表1～3：

表1. 低碳合金钢中合金元素成分设计含量

合金元素名称	Mn	Nb	Ti	Ni	Mo	Al
							合金元素含量	1.80	0.06	0.026	1.45	0.30	0.031

表2. 未采用包装体保护的低碳合金钢熔炼制备的钢坯中合金元素含量

合金元素名称	Mn	Nb	Ti	Ni	Mo	Al
							合金元素含量	1.30	0.04	0.018	1.17	0.18	0.022

表3. 采用包装体保护的低碳合金钢熔炼制备的钢坯中合金元素含量

合金元素名称	Mn	Nb	Ti	Ni	Mo	Al
							合金元素含量	1.78	0.06	0.024	1.43	0.28	0.030

由表2可知，未采用包装体保护的低碳合金钢熔炼制备的钢坯中Mn、Nb、Ti、 Ni、Mo、Al均有不同程度的烧损，经计算可知Mn的烧损率为27.8%，Nb的烧损率为33.3%、Ti的烧损率为30.8%、 Ni的烧损率为19.3%、Mo的烧损率为40%、Al的烧损率为29.1%，由此可见，合金元素烧损严重，不仅起不到细化晶粒的效果，还造成了资源的浪费。采用包装体保护的低碳合金钢熔炼制备的钢坯中合金元素含量烧损明显减小，烧损率均在3%以内，大大提高了合金元素的利用率，并且节约了原材料。

上面结合附图和实验对比例对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，如包装体还可以采用其他形状，包装体上的开口形式、开口方位和封口部件可以选择其他配合方式，只要是为了实现本发明的目的，只要可以解决本发明所针对的已有技术的问题，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法，其特征在于：在低碳钢冶炼后期将装有易挥发金属的包装体通过专用供料装置加入到钢液中，实现易挥发合金元素的合金化，所述包装体的外包装层用纯铁材料制成，形成易挥发金属的保护层。

2.根据权利要求1所述的降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法，其特征在于，用于冶炼含有易挥发合金元素的超低碳合金钢。

3.根据权利要求1或2所述的降低易挥发合金元素烧损的低碳合金钢冶炼方法，其特征在于，所述易挥发合金元素为硅、锰、铌、钼、铝、镍和钛中的任意一种或几种元素。

4.一种易挥发合金元素材料的包装体，其特征在于，具有密封的纯铁外装层（1），由所述纯铁外装层（1）封装形成的密闭腔室（2）中装入易挥发合金元素材料。

5.根据权利要求4所述的易挥发合金元素材料的包装体，其特征在于，所述纯铁外装层（1）具有开口（3），可装卸的纯铁封口部件（4）与所述开口（3）密封配合形成所述密闭腔室（2），易挥发合金元素材料通过所述开口（3）装入所述密闭腔室（2）中。

6.根据权利要求5所述的易挥发合金元素材料的包装体，其特征在于，所述纯铁封口部件（4）为螺栓，所述螺栓的外螺纹与所述开口（3）侧壁上的内螺纹密封拧紧配合。

7.根据权利要求4～6中任意一项所述的易挥发合金元素材料的包装体，其特征在于，所述易挥发合金元素材料的包装体的形状为圆柱体、方柱体、球体、椎体、纺锤体或不定型体。

8.一种易挥发合金元素材料的包装体的长带，其特征在于，由多个所述易挥发合金元素材料的包装体的纯铁外装层（1）通过连接部件（5）顺序连接而成，形成长带形状。

9.一种易挥发合金元素材料的包装体的连续供给的方法，其特征在于，包括如下工序：

a.将权利要求5所述的装有易挥发合金元素材料的包装体的长带伸展并拉直；

b.沿长带的各连接部件将长带依次切断成各个易挥发合金元素材料的包装体；

c.将各个易挥发合金元素材料的包装体逐个输送到钢液中。

10.一种根据权利要求1所述的易挥发合金元素材料的专用自动供料装置，其特征在于，主要包括牵拉剪切机（6）和滑槽（7），所述牵拉剪切机（6）将权利要求8所述的长带切断成多个装有易挥发合金元素材料的包装体，所述滑槽（7）将切断后的各装有易挥发合金元素材料的包装体依次输送到钢液中。

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