CN102443683B - 一种小容量aod炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法。该方法为AOD炉容量小于等于10吨，熔炼完成后，出钢时，钢水从炉内倒入盛钢桶，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中，出钢的炉渣碱度为1.8-3.8，出钢温度控制为1570-1670℃，整个出钢过程的时间小于等于1分钟，出钢后向盛钢桶中钢水吹入氩气的时间大于等于1分钟，吹入氩气的压力为0.1-0.8Mpa。该方法无须添加任何设备，成本低，操作简便，可获得较高且稳定的硼、铈收得率，并且硼、铈元素在钢中的成份分布也较为均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加硼、铈的方法，特别涉及一种小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，属于冶金领域。
背景技术
由于不锈钢中，加入微量元素硼及稀土元素铈可细化钢的晶粒，减轻树枝晶偏析，净化和强化晶界，降低易熔硫化物的有害作用，从而改善不锈钢热加工性能和延伸性能，并提高不锈钢的塑性，耐蚀性及高温下的抗氧化性能，所以在不锈钢中，特别是对热加工塑性相对较差的不锈钢中，加入硼、铈已得到普遍应用。由于硼、铈的化学性能是极为活泼的，特别是稀土元素铈几乎与所有元素都能作用，因此它们的收得率低而且得率不稳定，得率的影响因素较多，主要与加入的工艺方法有关，为了获得较高且稳定的硼、铈收得率，其加入钢中的工艺方法，一直是冶金工作者研究的课题。
目前，硼、铈加入的工艺方法，主要有如下几种：公开号为CN1085262A的中国专利，公开了一种稀土不锈钢及其冶炼方法，该稀土不锈钢的加入稀土元素的方法是采用四元稀土渣系进行重熔。由于需要采用重熔技术，而重熔需要一定的设备和能量，使得该方法需要较高的设备投入和较高的能量消耗，而且四元稀土本身配方复杂，配制繁琐，控制要求高，故不宜大规模推广利用。
还有较为简单的加入方法如下：(1) 硼、铈直接加入到炉中。
(2) 硼、铈加入到浇注系统中，下注时从中注管加入，上注时加在锭模中。
(3)出钢过程中，盛钢桶内倒入1/3炉容量的钢水时，将硼、铈加入盛钢桶的钢水中。
(4)出钢结束后，向盛钢桶内的钢水喂丝，铝箔包裹粉末状的硼、铈的包复线。
(5)出钢结束后，向盛钢桶内的钢水插入装有硼、铈的专门器具。
上述(1)、(2)、(3)加入硼、铈的方法，硼、铈的收得率低且不稳定；(4)、(5)加入硼、铈的方法，硼、铈的收得率较高且稳定，但需装置喂丝的设备和制作插入钢水的专门器具，成本较高，操作复杂。本发明有关小容量AOD炉冶炼不锈钢，硼、铈加入到出钢流中的方法，操作简便，无须添加设备，成本低，能够获得较高且稳定的硼、铈收得率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，无须添加任何设备，成本低，操作简便，可获得较高且稳定的硼、铈收得率，并且硼、铈元素在钢中的成份分布也较为均匀的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：AOD炉容量小于等于10吨，熔炼完成后，出钢时，钢水从炉内倒入盛钢桶，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中，出钢的炉渣碱度为1.8-3.8，出钢温度控制为1570-1670℃，整个出钢过程的时间小于等于1分钟，出钢后向盛钢桶中钢水吹入氩气的时间大于等于1分钟，吹入氩气的压力为0.1-0.8Mpa。
作为优选，本发明所述AOD炉容量小于等于5吨。
本发明所述硼元素以硼铁合金的形式加入，硼元素的加入量为0.031-0.062公斤/吨钢水。
本发明所述铈元素以金属铈的形式加入，铈元素的加入量为0.49-1.18公斤/吨钢水。
本发明所述硼铁合金和金属铈的颗粒度均为10-20mm。
作为优选，本发明所述出钢炉渣碱度控制为3-3.5。
本发明所述出钢炉渣中萤石的加入量为12-18公斤/吨钢水。
本发明出钢的炉渣渣量控制为50-70公斤/吨钢水。
作为优选，本发明出钢温度控制为1590℃-1640℃。
作为优选，本发明整个出钢过程的时间小于等于40秒。
作为优选，本发明出钢后，向盛钢桶内钢水吹入氩气的时间为3-5分钟。
作为优选，本发明出钢后，向盛钢桶内钢水吹入氩气的压力为0.2-0.4Mpa。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)操作简便，无须添加任何设备，成本低；(2) 硼、铈元素加入钢中的收得率较高且稳定，钢锭头、中、尾平均收得率，硼为60-70%，铈为20-30%；(3) 硼元素和铈元素在钢中的成份分布较为均匀，钢锭头、中、尾单位成份最大偏析率硼<12%，铈<13%。
本发明中所涉及的技术特征解释如下：(1)钢水从炉内倒出，即将硼、铈投入出钢流中的作用：摇炉出钢时，先倒出钢水，然后钢渣混冲兑入盛钢桶内，所以见钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈用铁锹投入出钢流中，可防止或减少硼、铈元素与炉渣接触造成烧损的机率，如果过缓投入硼铁和金属铈，还会发生大量硼和铈元素烧损在炉渣中而不能进入钢水的可能。
(2)控制硼、铈加入钢中收得率的目的：钢中硼、铈含量必须控制在一定范围，方可提高钢的加工塑性、抗腐蚀性能及高温强度，其含量过小，不起作用，含量过高，反而恶化钢的质量和性能，所以必须控制硼、铈加入钢中的收得率，使其含量保持在较高且稳定的水平上。
(3)为何要控制硼铁和金属铈的颗粒度：硼铁和金属铈的合适的较小颗粒度，可使其顺着出钢流进入盛钢桶后，能迅速熔化在盛钢桶的钢水中，从而减少氧化烧损，颗粒度过大不易迅速熔化进入钢中，颗粒度过小，甚至呈粉末状，易造成机械损耗。
(4)炉渣的碱度、流动性及渣量对硼、铈收得率的影响：为减少硼、铈元素的氧化烧损，要求炉渣有一定的碱度、流动性和渣量，这需要加入一定量的和萤石，碱度过低，炉渣还原性差，碱度过高，炉渣流动性差，这些现象都会造成硼、铈元素的氧化烧损，降低硼、铈加入钢水中的收得率。另外，适当的渣量除了脱硫、氧的需要外，一定渣层厚度对炉内及盛钢桶中的钢水保温及防止钢水接触空气造成氧化烧损是十分有利的。
(5)为何要控制出钢温度：出钢温度必须控制在一定范围内，出钢温度过高，会使硼、铈元素氧化烧损严重，出钢温度过低会影响出钢和浇注。
(6)控制整个出钢过程时间的目的：硼易氧化，特别是铈极易氧化，所以整个出钢过程时间要求控制在较短的时间内，以减少在出钢过程中钢水暴露在空气中的时间，一般要求整个出钢过程的时间控制在≤1分钟，最好控制在40秒之内，这样，较小颗粒度的硼铁和金属铈迅速熔化，进入钢中，并会很快被一定厚度的渣层与空气隔开，以减少硼、铈的烧损，获得稳定和较高的收得率，而在大容量AOD炉中，整个出钢时间很难控制在≤1分钟，所以本发明只适用于小容量的AOD炉。
(7)控制向盛钢桶吹入氩气的时间和吹入氩气的压力的原因：为使硼、铈在钢中均匀分布，减少偏析，应适当控制出钢后，向盛钢桶吹入氩气的时间及吹入氩气的压力。吹氩时间过短，搅拌作用不大，吹氩气时间过长，钢水温降过大；吹氩气压力过小，搅拌强度达不到要求，吹氩气压力过大，会使钢水翻出渣层，暴露在空气中造成硼、铈的氧化烧损。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
AOD炉容量≤10吨，以≤5吨为最佳。熔炼完成后，出钢时，见钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁及含铈元素的金属铈投入出钢流中。硼元素的加入量为0.031-0.062%公斤/吨钢水，铈元素的加入量为0.49-1.18%公斤/吨钢水，硼铁和金属铈的颗粒度为10-20mm。二次造渣的炉渣碱度控制为1.8-3.8，以3-3.5为最佳。二次造渣的萤石加入量为12-18公斤/吨钢水，二次造渣的渣量控制为50-70公斤/吨钢水。出钢温度为1570℃-1670℃，以1590℃-1640℃为最佳。整个出钢过程的时间≤1分钟，出钢后，向盛钢桶吹入氩气的时间≥1分钟，吹入的氩气的压力为0.1-0.8Mpa，其中，整个出钢过程的时间以≤40秒，出钢后，向盛钢桶吹入氩气的时间以3-5分钟，吹入的氩气的压力以0.2-0.4Mpa为最佳。
实施例所涉及钢种及其成分如下：中级双相不锈钢S32205、S31803，超级双相不锈钢S32750及高性能、超级奥氏体不锈钢S31254，该四种钢种的化学成分如表1所示：
下述四个实施例中，硼、铈含量在钢锭头、中、尾单位成份最大偏析率的计算方法为：单位最大成份偏析率=×100%。
实施例1：
冶炼钢种：S32205，炉容量3.5吨。
熔炼完成后，出钢时，钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中。
硼铁加入量0.19公斤/吨钢水，硼铁含硼：19.4%（质量含量），硼元素加入量：0.037公斤/吨钢水，金属铈加入量0.68公斤/吨钢水，金属铈含铈：98%（质量含量），铈元素加入量0.67公斤/吨钢水，硼铁和金属铈颗粒度20-30mm。出钢炉渣碱度(CaO/SiO2)为3，出钢炉渣中萤石加入量12公斤/吨钢水，出钢炉渣的渣量为50公斤/吨钢水，出钢温度为1590℃，整个出钢过程时间30秒，出钢后，向盛钢桶吹入氩气时间为3分钟，吹入氩气压力为0.2Mpa。
B、Ce在钢锭头、中、尾的含量，平均收得率及单位成份最大偏析率表2所示：
实施例2：
冶炼钢种：S31803，炉容量5吨。
熔炼完成后，出钢时，见钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中。
硼铁加入量0.16公斤/吨钢水，硼铁含硼：19.4%（质量含量），硼元素加入量：0.031公斤/吨钢水，金属铈加入量0.51公斤/吨钢水，金属铈含铈：98%（质量含量），铈元素加入量0.50公斤/吨钢水，硼铁和金属铈颗粒度20-30mm。出钢炉渣碱度(CaO/SiO2)为3.5，出钢炉渣中萤石加入量18公斤/吨钢水，出钢炉渣的渣量为70公斤/吨钢水，出钢温度为1640℃，整个出钢过程时间40秒，出钢后，向盛钢桶吹入氩气时间为5分钟，吹入氩气压力为0.3Mpa。
硼、铈在钢锭头、中、尾的含量，平均收得率及单位成份最大偏析率表3所示：
实施例3：
冶炼钢种：S32750，炉容量5吨。
熔炼完成后，出钢时，见钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中。
硼铁加入量0.32公斤/吨钢水，硼铁含硼：19.4%（质量含量），硼元素加入量：0.062公斤/吨钢水，金属铈加入量1.2公斤/吨钢水，金属铈含铈：98%（质量含量），铈元素加入量1.18公斤/吨钢水，硼铁和金属铈颗粒度20-30mm。出钢炉渣碱度(CaO/SiO2)为3.3，出钢炉渣中萤石加入量15公斤/吨钢水，出钢炉渣的渣量为60公斤/吨钢水，出钢温度为1620℃，整个出钢过程时间40秒，出钢后，向盛钢桶吹入氩气时间为4分钟，吹入氩气压力为0.2Mpa。
硼、铈在钢锭头、中、尾的含量，平均收得率及单位成份最大偏析率如表4所示：
实施例4：
冶炼钢种：S31254，炉容量3.5吨。
熔炼完成后，出钢时，见钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中。
硼铁加入量0.25公斤/吨钢水，硼铁含硼：19.4%（质量含量），硼元素加入量：0.049公斤/吨钢水，金属铈加入量0.9公斤/吨钢水，金属铈含铈：98%（质量含量），铈元素加入量0.88公斤/吨钢水，硼铁和金属铈颗粒度20-30mm。出钢炉渣碱度(CaO/SiO2)为3.4，出钢炉渣中萤石加入量14公斤/吨钢水，出钢炉渣的渣量为55公斤/吨钢水，出钢温度为1600℃，整个出钢过程时间25秒，出钢后，向盛钢桶吹入氩气时间为3分钟，吹入氩气压力为0.4Mpa。
硼、铈在钢锭头、中、尾的含量，平均收得率及单位成份最大偏析率见下表5所示：
。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：AOD炉容量小于等于10吨，熔炼完成后，出钢时，见钢水从炉内倒出，即将含硼元素的硼铁合金及含铈元素的金属铈投入出钢流中，出钢的炉渣碱度为1.8-3.8，出钢温度控制为1570-1670℃，整个出钢过程的时间小于等于1分钟，出钢后向盛钢桶中钢水吹入氩气的时间大于等于1分钟，吹入氩气的压力为0.1-0.8Mpa，所述硼铁合金和金属铈的颗粒度均为10-20mm，出钢炉渣中萤石的加入量为12-18公斤/吨钢水，出钢的炉渣渣量控制为50-70公斤/吨钢水。
2.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：所述AOD炉容量小于等于5吨。
3.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：所述硼元素以硼铁合金的形式加入，硼元素的加入量为0.031-0.062公斤/吨钢水。
4.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：所述铈元素以金属铈的形式加入，铈元素的加入量为0.49-1.18公斤/吨钢水。
5.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：所述出钢炉渣碱度控制为3-3.5。
6.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：出钢温度控制为1590℃-1640℃。
7.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：整个出钢过程的时间小于等于40秒。
8.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：出钢后，向盛钢桶内钢水吹入氩气的时间为3-5分钟。
9.根据权利要求1所述的小容量AOD炉冶炼不锈钢添加硼、铈的方法，其特征是：出钢后，向盛钢桶内钢水吹入氩气的压力为0.2-0.4Mpa。
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