CN102586542A - 一种金属钙芯复合包芯线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属钙芯复合包芯线，由里层芯料和外包皮构成，所述里层芯料为实芯钙线和金属颗粒粉料复合组成。本发明还提供了上述包芯线的制造方法，包括(1).将金属钙加工成金属钙线；(2).将金属制成金属颗粒粉料或金属合金粒料；(3).在包芯线机上用钢带将所加工的金属钙线和金属颗粒粉料紧密包裹成线，所述金属钙芯被包裹在所述金属颗粒粉料或金属合金粉料中；(4).将线成卷。本发明的实芯金属钙复合包芯线在具有较强的钢水穿透能力的同时，又带入了金属颗粒粉料，这些颗粒粉料的带入既对局部钢水降温和增加金属钙线的热阻，又减少金属钙的气化和提高了钙在钢水的溶解度，使得钢水吸N大幅度降低和钙收得率进一步提高。

Description

一种金属钙芯复合包芯线及其制备方法

技术领域

本发明涉及包芯线领域，具体涉及一种在钢水钙处理时添加的含钙包芯线及其制备方法。

背景技术

钢水钙处理是以喷射冶金方法或喂线法将金属钙或合金加入到钢液深部，达到脱氧、脱硫、非金属夹杂物变形等冶金效果的炉外精炼技术。

由于金属钙的熔点低(838℃)，沸点也低(1450℃)，在钢液中的溶解度很小(当1600℃、钙蒸汽压为0.186MPa时为0.03％)，钙的密度也很小，故钢液钙处理一般使用含钙的包芯线如CaSi包芯线(Ca的质量百分比为28-32％)、CaFe包芯线(Ca的质量百分比为30％左右)或CaAl包芯线(Ca的质量百分比为40％左右)，且处理时通过喂丝机尽量加到钢液深部。经过大量的研究发现，由粉剂(硅钙粉或金属钙、铁粉或金属钙、铝粉)组成的包芯线进入钢包后，在高温的作用下已经软化，即使采用较高的喂丝速度，包芯线也无法穿透高温钢水进入深部，大多位于钢水的上中部，很容易形成钙气泡上浮到钢渣表面而烧损掉。因此金属钙的收得率仍较低，仅有7-18％左右，大量的金属钙都无谓地浪费了。

为提高钙处理过程金属钙的收得率，冶金工作者做了大量工作，公开号为CN101942542A的专利申请提出一种实芯金属钙包芯线，它由里层实芯金属钙线和外层钢带包裹而成，这种包芯线由于金属钙为实芯线，气化速度慢，且特殊的实芯结构，穿透钢水能力强，金属钙的收得率大幅度提高，目前在许多钢厂得到应用。但是该包芯线在使用中仍存在着一定的缺陷，就是钢水翻腾严重，钢水钙处理过程增N严重(通常钢水增N达到15-30ppm)，且易喷溅造成安全事故。

中国专利01239903.5公开了一种包芯线，这种包芯线由窄钢带和芯部粉剂组成，在钢带形成细钢管的内表面一侧，有一层覆盖物，这层覆盖物由一种或数种微量合金或其他较轻细粉剂组成。其不足之处：1.在钢带一侧涂敷金属钙工艺复杂，因为钙处理工艺需要，涂敷层需要很厚，还需准确控制厚度，实施难度和工作量很大；2.钙涂层紧密接触钢带，几乎没有热阻，该包芯线一插入钢水，在钢水上部，金属钙就大量气化，从而钙收得率会很低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种可以提高钢水钙处理中钙收得率、又能大幅度减少钢水增N的含钙包芯线，该包芯线同时能避免喂入时的钢水翻腾现象，降低事故发生率。

本发明要解决的另一个技术问题是提供该复合包芯线的制备方法。

本发明的技术方案是：一种金属钙芯复合包芯线，由里层芯料和外包皮构成，所述里层芯料为实芯钙线和金属颗粒粉料复合组成；所述金属钙芯被包裹在所述金属颗粒粉料中。

金属颗粒粉料的密度没有要求。金属颗粒粉料包围钙线，对钙线起到阻隔，延长钙线的受热时间，降低金属钙的气化速度，能提高钙收得率。

优选的是，实芯钙线包裹在所述金属颗粒粉料的正中间。

根据本发明的实芯金属钙复合包芯线，优选的是，所述金属颗粒粉料选自金属硅粉、金属铝粉、金属铁粉、硅铁合金粉、高纯硅铁合金粉、硅钡合金粉或稀土硅铁合金粉中的一种或一种以上。

金属颗粒粉料的选择是根据不同的钢种或炼钢工艺需要，由钢水成分配置来决定的。金属铝粉、金属铁粉是针对低硅钢种使用，高纯硅铁合金粉针对电工钢(俗称硅钢)使用，金属硅粉、硅铁合金粉针对含硅钢种使用，硅钡合金粉针对需要用金属钙和钡对夹杂物变形处理的钢种使用，稀土硅铁合金粉针对需要用钙和稀土对夹杂物变形处理的钢种使用。

金属颗粒粉料的成分含量要求出于两方面考虑：一是带入的有害元素尽可能少，那就是除需要的元素外，其他成分越低越好；二是从经济上考虑，在不影响钢水质量的前提下，尽可能容纳一些有害成分。

根据本发明的实芯金属钙复合包芯线，优选的是，所述金属钙线金属钙含量的重量百分比为95-99.9％。

优选的是，所述金属钙线的直径为3-8mm，所述包芯线的外径为8--16mm。金属钙线的直径太大，钢水翻腾激烈，钢水吸N多且易喷溅，直径太小，钙处理时间太长，影响工序匹配，降低生产效率。

更优选的是，金属钙线的直径为5-7mm，所述包芯线的外径为10-13mm。

进一步地，所述金属颗粒粉料的颗粒大小为0.01-3mm。将金属颗粒粉料控制在此粒径范围，这种粒度范围可以更好地将钙线密实包裹住，且包芯线的密实度高，线的强度大，穿透钢水能力强。

更优选的是，金属颗粒粉料的颗粒大小为0.1-1.5mm。

在一个优选的实施方案中，所述金属硅粉中硅含量的重量百分比为97-99.9％；所述金属铝粉中铝含量的重量百分比为95-99.9％。

在一个优选的实施方案中，所述金属铁粉中相关元素重量百分比含量为：Fe含量为≥98％。除此以外，金属铁粉中的相关杂质元素可以为：Mn含量≤0.4％，P含量≤0.03％，S含量≤0.03％，C含量≤0.1％。

优选的是，所述硅铁合金粉中Si含量为65-85％。除了铁以外，硅铁合金粉中的相关杂质元素可以为：Al含量≤2.0％，Ca含量≤1.0％，Mn含量≤0.5％，Cr含量≤0.5％，P含量≤0.04％，S含量≤0.02％，C含量≤0.2％。

可以根据所需炼制钢水的需求来配制硅和铁的含量即杂质元素含量。如Si含量为65-74％，Fe含量为21-30％，其他为相关杂质元素；或者Si含量为75-85％，Fe含量为10-20％，其他为相关杂质元素.

或者，优选的是，所述高纯硅铁合金粉中相关元素重量百分比含量为：Si含量为75-85％，Fe含量为15％-25％。除此以外，高纯硅铁合金粉中还可以含有以下的杂质元素：Al含量为0.01-0.5％，Cu含量为0.01-0.1％，Ni含量为0.01-0.1％，Cr含量为0.005-0.1％，Ca含量为0.005-0.1％，Mg含量为0.005-0.1％，Mn含量为0.02-0.3％，V含量为0.0025-0.1％，Ti含量为0.01-0.2％，P含量为0.005-0.04％，S含量为0.005-0.02％，C含量为0.01-0.15％。

优选的是，所述硅钡合金粉中相关元素重量百分比含量为：Ba含量为2-30％，Si含量为35-95％。除此以外，硅钡合金粉中还可以含有以下杂质元素：Al含量≤3.0％，Mn含量≤0.4％，P含量≤0.04％，S含量≤0.04％，C含量≤0.3％。可以根据所需炼制钢水的需求来配制钡和硅的含量，如Ba含量为2-10％，Si含量为86-94％左右，其他为相关杂质元素.

另一优选方案是：Ba含量为10-20％，Si含量为76-86％左右，其他为相关杂质元素；或者Ba含量为20-30％，Si含量为66-76％左右，其他为相关杂质元素。杂质元素除了材料自带的外，也可以根绝需要主动加入。

优选的是，所述稀土硅铁合金粉中相关元素重量百分比含量为：RE含量为15-45％，Si含量为10-45％。除了铁以外，稀土硅铁合金粉中还可以含有以下杂质元素：Ca含量≤8.0％，Mn含量≤5.0％，Ti含量≤3.0％。可以根据所需炼制钢水的需求来配制RE和硅的含量，分成几个等级。如RE含量为15-25％，Si含量为35-45％，其他为相关杂质元素；也可以RE含量为25-35％，Si含量为25-35％，其他为相关杂质元素。

另一优选方案是：也可以RE含量为35-45％，Si含量为10-25％，其他为相关杂质元素。

优选的是，所述外包皮由带形钢带包卷而成，所述带形钢带为冷轧钢带。

作为本技术方案的进一步改进，所述冷轧钢带厚度为0.25-1.0mm。

根据本发明，所述冷轧钢带厚度为0.25-0.4mm。或，所述冷轧钢带厚度为0.4-0.6mm。

作为本技术方案的进一步改进，所述冷轧钢带厚度为0.6-0.8mm。或，所述冷轧钢带厚度为0.8-1.0mm。

本发明还提供了一种上述金属钙芯复合包芯线的制造方法，所述金属钙芯复合包芯线由里层芯料和外包皮构成，所述里层芯料为实芯钙线和金属颗粒粉料复合组成；所述金属钙芯被包裹在所述金属颗粒粉料中，所述方法包括以下步骤：

(1).将金属钙加工成金属钙线；

(2).将金属制成金属颗粒粉料或金属合金粒料；

(3).在包芯线机上用钢带将所加工的金属钙线和金属颗粒粉料紧密包裹成线，所述金属钙芯被包裹在所述金属颗粒粉料或金属合金粉料中；

(4).将线成卷。

所述金属颗粒粉料或金属合金粒料选自金属硅粉、金属铝粉、金属铁粉、硅铁合金粉、高纯硅铁合金粉、硅钡合金粉或稀土硅铁合金粉中的一种或一种以上。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，优选的是，所述实芯钙线包裹在所述金属颗粒粉料的正中间。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，优选的是，所述金属钙线金属钙含量的重量百分比为95-99.9％。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，优选的是，所述金属钙线的直径为3-8mm，所述包芯线的外径为8--16mm。

更优选的是，金属钙线的直径为5-7mm，所述包芯线的外径为10-13mm。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，优选的是，所述金属颗粒粉料的颗粒大小为0.01-3mm。

更优选的是，金属颗粒粉料的颗粒大小为0.1-1.5mm。

该所述的实芯金属钙复合包芯线是这样加工制造的，首先将金属钙加工成金属钙线，将金属硅(或铝、铁)或硅铁(或高纯硅铁、硅钡、稀土硅铁)合金加工成至需要颗粒范围(如0.01-3mm或更优选的范围0.1-1.5mm)的颗粒粉料，然后在包芯线机上，用钢带将预制好的金属钙线和金属颗粒粉料紧密包裹成线，最终将线卷成卷状成品。

金属钙线的加工可以采用挤压方法，在充满保护气体的加热炉中加热到320-460℃，然后进入挤压装置所述保护气体为氩气或者氮气。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，进一步地，金属钙线的挤压加工可在充满保护气体的加热炉中加热到450-460℃.

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，在包芯线机上用钢带将所加工的金属钙线和金属颗粒粉料紧密包裹成线时，也可以在保护气体下进行，保护气体为氩气或氮气，压力为6-14MPa。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，上述压力为6-10MPa。

根据本发明的金属钙芯复合包芯线的制造方法，所述实心金属钙线的挤出密度为1.54-1.56g/cm³。

本发明的技术原理是：

提高钙溶解度的原理：金属钙在钢液中的溶解度很小，当钢水温度1600℃时，钙的溶解度为0.03％。当钢水中含硅、铝、钡(Ba)时，钙的溶解度会大幅度提高。所述金属颗粒粉料中金属硅粉、金属铝粉、硅铁合金粉、高纯硅铁合金粉、硅钡合金粉或稀土硅铁合金粉中带入了硅或铝或钡，且在局部地区形成较高浓度，所以提高了钙的溶解度。

提高钙收得率的原理：金属颗粒粉料带入的硅或铝或钡提高了钙的溶解度，一定程度上减少了钙的气化；由于金属颗粒粉料包裹钙线，增加了热阻，延长中心金属钙线的受热时间，确保能将钙喂入钢液深部，从而降低金属钙的气化速度，增加了金属钙被钢水吸收的时间；由于金属颗粒粉料熔化需吸热，使局部钢水降温，温度越低，金属钙气化越慢。综合以上几点原因，从而提高了钙的收得率。

减少钢水翻腾原理：钙处理时钢水翻腾的主要原因是金属钙气化形成钙蒸汽，钙蒸汽上浮带动钢水的翻腾。减少金属钙的气化，形成的钙蒸汽减少，从而钢水翻腾减少。

降低钢水吸氮幅度的原理：钢水吸氮是由于钢水直接暴露在大气下，吸取空气中的氮。通常钢水表面覆盖有熔渣，以隔离钢水与空气接触。但钢水翻腾严重时，表面熔渣覆盖不了钢水，造成钢水吸氮。所以控制了钢水翻腾就能减少钢水吸氮量。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明提供的采用上述技术方案的实芯金属钙复合包芯线，该包芯线由里层芯料和外层包皮构成，外包皮采用低碳冷轧钢带，里层芯料则是金属钙线和金属颗粒粉料复合组成。本发明采用金属钙线既能减少钙的气化，又提高包芯线的穿透钢水的能力。在具有较强的钢水穿透能力的同时，又带入了金属颗粒粉料，这些颗粒粉料的带入既对局部钢水降温，又提高了钙在钢水的溶解度，使得钢水吸N大幅度降低和钙收得率进一步提高。在使用普通实芯金属钙包芯线时，钢水增氮在14ppm以上，钙收得率在20％左右，使用了本发明的实芯金属钙复合包芯线后，钢水增氮在5ppm左右，钙收得率在30％左右。

此外，采用本实芯金属钙复合包芯线后，还可减少钢水翻腾，提高生产安全性。

附图说明

图1是本发明的金属钙芯复合包芯线的截面图。

图2是本发明另一种实施方式的复合包芯线截面图。

图中，1-金属钙线，2-外包皮，3-金属颗粒或金属合金颗粒。

具体实施方式

实施例1

本包芯线由外包皮2和里层芯料组成，外包皮2为厚度为0.46mm的SPCC冷轧钢带，里层芯料为直径5.8mm金属钙线1和硅铁合金粉3复合组成，金属钙线包裹在硅铁合金粉中间，硅铁合金粉的颗粒直径为0.1-0.5mm。实芯金属钙复合包芯线相关的规格参数如下：

包芯线外径：10±0.5mm

钢带厚度：0.46mm

金属钙线直径：5.8mm

每米硅铁合金粉重量：85克

每卷重量：2.3吨

喂入方式：RH精炼结束时喂入，钢种为AH36

喂线速度：180米/分钟

喂入量：350米/炉

结果：金属钙平均收得率为32.3％，钢水增N 5.3ppm。此前使用实芯金属钙包芯线时，平均钙收得率为24.1％，平均增N 16.8ppm。

实施例2

本包芯线由外包皮和里层芯料组成，外包皮为厚度为0.42mm的08A1冷轧钢带，里层芯料为直径6.0mm金属钙线和金属铝粉复合组成，金属铝粉的颗粒直径为0.2-1.0mm。实芯金属钙复合包芯线相关的规格参数如下：

包芯线外径：13±0.5mm

钢带厚度：0.42mm

金属钙线直径：6.0mm

每米铝粉重量：110克/米

每卷重量：2.4吨

喂入方式：RH精炼结束时喂入，钢种为B480

喂线速度：160米/分钟

喂入量：320米/炉

结果：金属钙平均收得率为30.4％，高于实芯金属钙包芯线19.4％平均收得率，钢水增N 4.8ppm，远低于使用实芯金属钙包芯线时14.2ppm平均增N量。钙处理过程钢水平稳无喷溅。

实施例3

本包芯线由外包皮和里层芯料组成，外包皮为厚度为0.5mm的SPCC冷轧钢带，里层芯料为直径5.0mm金属钙线和金属铁粉复合组成，金属铁粉的颗粒直径为0.3-1.0mm。实芯金属钙复合包芯线相关的规格参数如下：

包芯线外径：10±0.5mm

钢带厚度：0.5mm

金属钙线直径：5.0mm

每米铁粉重量：115克

每卷重量：2.3吨

喂入方式：LF精炼炉末期喂入

喂线速度：180米/分钟

喂入量：380米/炉

结果：金属钙平均收得率为29.4％，高于实芯金属钙包芯线21.8％平均收得率，钢水增N 6.8ppm，远低于使用实芯金属钙包芯线时21.2ppm平均增N量。钙处理过程钢水平稳无喷溅。

实施例4

本包芯线由外包皮和里层芯料组成，外包皮为厚度为0.5mm的SPCC冷轧钢带，里层芯料为直径7mm金属钙线和高纯硅铁合金粉复合组成，高纯硅铁合金粉的颗粒直径为1--2.5mm。实芯金属钙复合包芯线相关的规格参数如下：

包芯线外径：16±0.5mm

钢带厚度：0.5mm

金属钙线直径：5.0mm

每米高纯硅铁合金粉重量：350克

每卷重量：2.8吨

喂入方式：RH精炼结束时喂入，钢种为高牌号无取向硅钢。

喂线速度：140米/分钟

喂入量：580米/炉

结果：金属钙平均收得率为33.8％，高于实芯金属钙包芯线21.8％平均收得率，高于普通硅钙包芯线18.3％的收得率；钢水增N 5.6ppm，远低于使用实芯金属钙包芯线时27.2ppm平均增N量，也低于普通硅钙包芯线12.8ppm的收得率平均增N量。钙处理过程钢水平稳无喷溅。

实施例5

本包芯线由外包皮和里层芯料组成，外包皮为厚度为0.5mm的08A1冷轧钢带，里层芯料为直径3mm金属钙线和硅钡合金粉复合组成，金属钙线包裹在硅铁合金粉中间，硅钡合金粉的颗粒直径为0.5--2mm。实芯金属钙复合包芯线相关的规格参数如下：

包芯线外径：9±0.5mm

钢带厚度：0.5mm

金属钙线直径：4.0mm

每米硅钡合金粉重量：60克

每卷重量：2.2吨

喂入方式：VD精炼结束喂入，钢种为300系列不锈钢。

喂线速度：200米/分钟

喂入量：380米/炉

结果：金属钙平均收得率为28.78％，高于实芯金属钙包芯线17.8％平均收得率，高于普通硅钙钡包芯线13.2％的收得率；钢水增N 3.8ppm，远低于使用实芯金属钙包芯线时14.6ppm平均增N量，也低于普通硅钙钡包芯线8.9ppm的收得率平均增N量。钙处理过程钢水平稳无喷溅。

本发明提供的实芯金属钙复合包芯线，是采用优质低碳钢带为包皮，金属钙线和金属颗粒粉料复合组成芯料，具有以下两个特点：

(1)向钢水喂入金属钙的同时，带入了金属颗粒粉料，金属颗粒粉料既增加了钙芯的热阻、又使得局部钢水降温，减少了金属钙气化，既提高金属钙收得率，又减少钢水翻腾而吸N。

(2)实芯金属钙复合包芯线带入的Si、Al、Ba等元素，提高了钢水中钙的溶解度，进一步提高金属钙收得率，也减少钙的气化，减少钢水吸N。

Claims (10)

1.一种金属钙芯复合包芯线，由里层芯料和外包皮构成，其特征在于：所述里层芯料为实芯钙线和金属颗粒粉料复合组成；所述金属钙芯被包裹在所述金属颗粒粉料中。

2.根据权利要求1所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述金属颗粒粉料选自金属硅粉、金属铝粉、金属铁粉、硅铁合金粉、高纯硅铁合金粉、硅钡合金粉或稀土硅铁合金粉中的一种或一种以上。

3.根据权利要求1所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述金属钙线金属钙含量的重量百分比为95-99.9％；所述金属钙线的直径为3-8mm，所述包芯线的外径为8--16mm。

4.根据权利要求3所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述金属钙线直径为5-7mm，所述包芯线的外径为10-13mm。

5.根据权利要求1或2所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述金属颗粒粉料的颗粒大小为0.01-3mm。

6.根据权利要求2所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述金属硅粉中硅含量的重量百分比为97-99.9％；所述金属铝粉中铝含量的重量百分比为95-99.9％。

7.根据权利要求2所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述金属铁粉中Fe含量为≥98％；所述硅铁合金粉中Si含量为65-85％。

8.根据权利要求2所述的实芯金属钙复合包芯线，其特征在于，所述高纯硅铁合金粉中相关元素重量百分比含量为：Si含量为75-85％，Fe含量为15％-25％；

所述硅钡合金粉中相关元素重量百分比含量为：Ba含量为2-30％，Si含量为35-95％；

所述稀土硅铁合金粉中相关元素重量百分比含量为：RE含量为15-45％，Si含量为10-45％。

9.根据权利要求1所述的金属钙芯复合包芯线，其特征在于，所述外包皮由带形钢带包卷而成，所述带形钢带的厚度为0.25-1.0mm。

10.一种权利要求1所述的复合包芯线的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1).将金属钙加工成金属钙线；

(2).将金属制成金属颗粒粉料或金属合金粒料；

(3).在包芯线机上用钢带将所加工的金属钙线和金属颗粒粉料紧密包裹成线，所述金属钙芯被包裹在所述金属颗粒粉料或金属合金粉料中；

(4).将线成卷。

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