CN102899448A - 一种钢水钙处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢水钙处理的方法，该方法包括：将未经真空脱气处理和钙处理的钢水在真空度为3毫巴以下的条件下进行真空脱气处理，得到中间钢水，然后在真空度为50-200毫巴的条件下，向所述中间钢水中加入硅钙钡合金，以进行钙处理。根据本发明的所述方法可以获得较高的钙的收得率，而且能够改善钢水中的硫化物夹杂和氧化物夹杂。

Description

一种钢水钙处理的方法

技术领域

本发明涉及一种钢水钙处理的方法。

背景技术

钢铁冶炼过程中，采用钙处理技术，可对钢水中存在的硫化物夹杂(也称为A类夹杂)和氧化物夹杂(也称为B类夹杂)进行变性处理。通过钙处理技术，使钢液中存在一定的钙含量，一方面可以使采用铝对钢水脱氧而产生的大颗粒高熔点的脆性Al₂O₃夹杂变性成为含钙量较高的低熔点钙铝酸盐夹杂(12CaO·7Al₂O₃等)，低熔点的夹杂物在钢水中比较容易上浮去除，可净化钢水，改善因高熔点氧化物夹杂造成钢水浇铸过程的水口堵塞，同时也降低了高熔点脆性夹杂物对钢材质量的影响；另一方面，采用钙处理技术，钢水中的钙可在钢水凝固过程中，提前与钢水中的硫生成CaS，可以抑制钢水在此过程中生成MnS的总量和聚集程度，并把MnS部分或全部变性为CaS，形成细小单一的CaS或者CaS与MnS的复合夹杂，减轻了大型MnS夹杂对钢材质量造成的影响。

因此，采用钙处理工艺，是目前钢铁冶炼过程中对夹杂物成分、形态等进行控制的有效方法之一。

现有的钢水钙处理的方法均是在钢水精炼过程或精炼结束时，向钢液中喂入钙线或含有钙的包芯线，使钢液中获得一定的钙含量，对钢液中夹杂物进行变性处理。例如，CN101921892A公开了炼钢钢液的钙处理方法，炼钢采用铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼炉(LF炉)精炼、真空脱气(RH)精炼和连铸的工艺路线，其中，整个炼钢工艺路线中采用两次钙处理，第一次钙处理在LF炉精炼工序中的LF处理结束后向钢水中喂入钙线进行钙处理，第二次钙处理在RH精炼工序中的真空处理结束后向钢水中喂入钙线进行钙处理。然而，由于钙线喂入钢水中会形成钙蒸汽，钙蒸汽从钢水中上浮排出，导致钢水翻腾严重，容易氧化，且使得钙的收得率较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的钢水钙处理过程的上述缺陷，提供一种新的钢水钙处理的方法。

本发明提供了一种钢水钙处理的方法，该方法包括：将未经真空脱气处理和钙处理的钢水在真空度为3毫巴以下的条件下进行真空脱气处理，得到中间钢水，然后在真空度为50-200毫巴的条件下，向所述中间钢水中加入硅钙钡合金，以进行钙处理。

根据本发明提供的所述方法，所述钢水钙处理的过程是在真空脱气过程中进行的，而且采用的钙处理原料为硅钙钡合金，使得钙处理过程中不会形成大量的钙蒸汽，从而减少了钙的流失，从而能够获得较高的钙的收得率；而且，根据本发明的所述方法能够实现对钢水中的硫化物夹杂(A类夹杂)和氧化物夹杂(B类夹杂)进行变性处理，从而改善钢水中的A类夹杂和B类夹杂。

具体实施方式

本发明提供的所述钢水钙处理的方法包括：将未经真空脱气处理和钙处理的钢水在真空度为3毫巴以下的条件下进行真空脱气处理，得到中间钢水，然后在真空度为50-200毫巴的条件下，向所述中间钢水中加入硅钙钡合金，以进行钙处理。

根据本发明提供的所述方法，所述未经真空脱气处理和钙处理的钢水可以根据常规的钢水冶炼方法制得，例如可以是经转炉冶炼后制得的钢水，也可以是将经转炉冶炼后制得的钢水进行LF炉精炼后得到的钢水。

根据本发明提供的所述方法，整个所述钢水钙处理过程都是在真空脱气处理工序(RH)实施的。在操作过程中，所采用的设备和操作条件的控制方法均与常规的真空脱气方法相同，例如，在实施本发明的所述方法之前，需要调整盛装所述未经真空脱气处理和钙处理的钢水的钢包的位置，将真空槽(或真空罐)的插入管插入所述未经真空脱气处理和钙处理的钢水中，并调节所述插入管的插入钢水的深度(通常插入深度为400-600毫米)；在实施过程中，通过调整真空泵和真空阀门来调节所述真空槽(或真空罐)的真空度；在钢水钙处理过程结束之后，需要调整所述钢包的位置，以便进行后续的浇铸工序。在本发明中，真空度是指所述真空槽(或真空罐)内的真空度，用绝对压力表示。

根据本发明提供的所述方法，在真空度为3毫巴以下的条件下的真空脱气处理的进行时间优选为8-10分钟。该真空处理过程中，真空度优选为1-3毫巴。

根据本发明提供的所述方法，所述钙处理过程可以在常规的真空脱气条件下实施。优选情况下，为了获得较高的钙收得率，所述钙处理的条件优选包括：真空度为80-120毫巴，时间为1-5分钟。

根据本发明提供的所述方法，所述硅钙钡合金可以为本领域常规使用的各种常规的硅钙钡合金，例如可以为转炉脱氧工艺中和/或合金化工艺中常规使用的硅钙钡合金。通常，所述硅钙钡合金的硅含量可以为55-65重量％，钙含量可以为10-25重量％，钡含量可以为15-25重量％。

根据本发明提供的所述方法，所述硅钙钡合金的加入量优选在W₁至W₂的范围内，W₁和W₂分别由以下公式计算得到，

$W_1=\frac{\left[S\right]\×M\×0.4}{\left[\mathrm{Ca}\right]\×t}$

$W_2=\frac{\left[\mathrm{Als}\right]\×M\×0.14}{\left[\mathrm{Ca}\right]\×t}$

其中，[Als]为所述中间钢水中的溶解铝的重量百分含量；[S]为所述中间钢水中的硫的重量百分含量；M为所述中间钢水的重量，单位为千克；[Ca]为所述硅钙钡合金中的钙的重量百分含量；t为0.6-0.7。

在本发明中，所述溶解铝是指溶解在钢水中的单质铝。

根据本发明的一种实施方式，当本发明的所述钢水钙处理的方法主要用于改善钢水中的A类夹杂时，所述硅钙钡合金的加入量为W₁或接近W₁(如稍大于W₁)。

根据本发明的另一种实施方式，当本发明的所述钢水钙处理的方法主要用于改善钢水中的B类夹杂时，所述硅钙钡合金的加入量为W₂或接近W₁(如大于W₁至稍小于W₂)。

根据本发明的一种优选实施方式，所述钢水钙处理的方法还包括在将所述中间钢水进行钙处理之前，将所述中间钢水进行合金化。在更优选的情况下，所述合金化处理的条件使得所述中间钢水的氢含量为2ppm以下。在进一步优选的情况下，所述合金化处理的条件包括：真空度为80-120毫巴，时间为1-20分钟。所述合金化的方法可以根据常规的钢水合金化方法实施，例如，可以根据目标钢种的需要，通过向所述中间钢水中加入硅铁、锰铁、铬铁、钛铁、钼铁和增碳剂中的至少一种来实现。

以下通过实施例和对比例对本发明作进一步说明。

在以下实施例和对比例1中，钢水中的A类夹杂根据GB/T10561-2005的方法进行评级，且级别越高表示钢水中的A类夹杂越多，反之则越少；

钢水中的B类夹杂根据GB/T10561-2005的方法进行评级，且级别越高表示钢水中的B类夹杂越多，反之则越少；

钢水中的硫含量[S]、溶解铝含量[Als]和钙含量根据GB/T4336-2002的方法进行测量；

钙的收得率根据以下公式计算得到，

实施例1

本实施例用于说明本发明的所述钢水钙处理的方法。

本实施例用于冶炼重轨钢U75V型钢种，且本实施例的目的是改善钢水中的A类夹杂。

采用的钢水原料是经转炉冶炼后制得的钢水，该钢水的主要组成如下：97.58重量％的Fe，0.69重量％的C，0.59重量％的Si，0.86重量％的Mn，0.01重量％的P，0.012重量％的S，0.06重量％的V，钢水的温度为1555℃。

操作装有135.3吨上述钢水的钢包的顶升装置，使真空槽的插入管插入所述钢水的深度为500毫米，将所述真空槽内的真空度调节至2.6毫巴，并在该真空度下脱气处理8分钟。之后，将所述真空槽内的真空度调节至100毫巴，并向经过上述脱气处理后得到的钢水中加入120千克的硅铁(硅元素含量为76.2重量％，铁元素含量为22.6重量％，购自四川天全县特种硅业有限公司)、68千克的锰铁(锰元素含量为80.2重量％，铁元素含量为17.5重量％，购自百色市光大锰业有限公司)和127千克的增碳剂(购自攀枝花钢城集团有限公司)，处理10分钟后，采用定氢枪测得此时钢水中的氢含量为0.9ppm，硫含量[S]为0.011重量％，并测得此时钢水中的A类夹杂的级别为3.0级。

然后，使所述真空槽内的真空度为100毫巴，并在该真空度下，向所述钢包中加入72千克的硅钙钡合金(硅含量57.9重量％，钙含量13重量％，钡含量15.8重量％，购自四川天全县特种硅业有限公司)，处理3分钟后，将所述真空槽内的压力恢复至常压，结束处理。此时钢水中的钙含量为42ppm，此时钢水中的A类夹杂的级别为1.5级，并计算得到本实施例的钙处理方法的钙的收得率为约61％。

对比例1

根据实施例1的方法进行真空脱气处理和钙处理，所不同的是，用与实施1中使用的硅钙钡合金具有相同钙含量的钙线代替所述硅钙钡合金，如此制得的钢水中的钙含量为约20ppm，钙的收得率为29％，且如此制得的钢水中的A类夹杂的级别为2.0级。

对比例2

根据实施例1的方法进行真空脱气处理和钙处理，所不同的是，在加入所述硅钙钡合金进行钙处理的过程中，将所述真空槽内的压力恢复至常压，也即加入所述硅钙钡合金进行钙处理的过程在常压下进行。如此制得的钢水中的钙含量为约15ppm，钙的收得率为22％，且如此制得的钢水中的A类夹杂的级别为2.5级。

通过将实施例1与对比例1和2进行比较可以看出，根据本发明的所述方法可以获得较高的钙的收得率，并且能够有效改善钢水中的A类夹杂。

实施例2

本实施例用于说明本发明的所述钢水钙处理的方法。

本实施例用于冶炼齿轮钢20CrMnTi型钢种，且本实施例的目的是改善钢水中的B类夹杂。

采用的钢水原料是经转炉冶炼后制得的钢水，该钢水的主要组成如下：97.23重量％的Fe，0.19重量％的C，0.18重量％的Si，0.82重量％的Mn，0.011重量％的P，0.012重量％的S，1.08重量％的Cr，钢水的温度为1595℃。

操作装有131.6吨上述钢水的钢包的顶升装置，使真空槽的插入管插入所述钢水的深度为480毫米，将所述真空槽内的真空度调节至2.3毫巴，并在该真空度下脱气处理9分钟。之后，将所述真空槽内的真空度调节至100毫巴，并向经过上述脱气处理后得到的钢水中加入56千克的铬铁(铬元素含量为60.8重量％，铁元素含量为36.2重量％，购自攀枝花钢城集团有限公司)、135千克的锰铁(锰元素含量为80.2重量％，铁元素含量为17.5重量％，购自百色市光大锰业有限公司)和231千克的钛铁(钛元素含量为41.3重量％，铁元素含量为55.8重量％，购自北海铁合金公司)，处理10分钟后，采用定氢枪测得此时钢水中的氢含量为1.1ppm，溶解铝含量[Als]为0.021重量％，并测得此时钢水中的B类夹杂的级别为2.5级。

然后，使所述真空槽内的真空度为100毫巴，并在该真空度下，向所述钢包中加入46千克的硅钙钡合金(硅含量57.9重量％，钙含量13重量％，钡含量15.8重量％，购自四川天全县特种硅业有限公司)，处理3分钟后，将所述真空槽内的压力恢复至常压，结束处理。此时钢水中的钙含量为30ppm，此时钢水中的B类夹杂的级别为0.5级，并计算得到本实施例的钙处理方法的钙的收得率为约66％。

对比例3

根据实施例2的方法进行真空脱气处理和钙处理，所不同的是，用与实施2中使用的硅钙钡合金具有相同钙含量的钙线代替所述硅钙钡合金，如此制得的钢水中的钙含量为约15ppm，钙的收得率为33％，且如此制得的钢水中的A类夹杂的级别为1.5级。

通过将实施例2与对比例3进行比较可以看出，根据本发明的所述方法可以获得较高的钙的收得率，并且能够有效改善钢水中的B类夹杂。

实施例3

本实施例用于说明本发明的所述钢水钙处理的方法。

本实施例用于冶炼齿轮钢重轨钢U71Mn型钢种，且本实施例的目的是改善钢水中的A类夹杂。

采用的钢水原料是经转炉冶炼后制得的钢水，该钢水的主要组成如下：97.61重量％的Fe，0.66重量％的C，0.18重量％的Si，1.05重量％的Mn，0.009重量％的P，0.009重量％的S，钢水的温度为1568℃。

操作装有133.1吨上述钢水的钢包的顶升装置，使真空槽的插入管插入所述钢水的深度为530毫米，将所述真空槽内的真空度调节至2.8毫巴，并在该真空度下脱气处理8分钟。之后，将所述真空槽内的真空度调节至80毫巴，并向经过上述脱气处理后得到的钢水中加入20千克的硅铁(硅元素含量为76.2重量％，铁元素含量为22.6重量％，购自四川天全县特种硅业有限公司)、128千克的锰铁(锰元素含量为80.2重量％，铁元素含量为17.5重量％，购自百色市光大锰业有限公司)和89千克的增碳剂(购自攀枝花钢城集团有限公司)，处理12分钟后，采用定氢枪测得此时钢水中的氢含量为0.8ppm，硫含量[S]为0.009重量％，并测得此时钢水中的A类夹杂的级别为2.5级。

然后，使所述真空槽内的真空度为120毫巴，并在该真空度下，向所述钢包中加入56千克的硅钙钡合金(硅含量57.9重量％，钙含量13重量％，钡含量15.8重量％，购自四川天全县特种硅业有限公司)，处理3分钟后，将所述真空槽内的压力恢复至常压，结束处理。此时钢水中的钙含量为33ppm，此时钢水中的A类夹杂的级别为1.0级，并计算得到本实施例的钙处理方法的钙的收得率为约60％。

实施例4

本实施例用于说明本发明的所述钢水钙处理的方法。

本实施例用于冶炼合金钢40Cr型钢种，且本实施例的目的是改善钢水中的B类夹杂。

采用的钢水原料是经转炉冶炼后制得的钢水，该钢水的主要组成如下：97.6重量％的Fe，0.35重量％的C，0.15重量％的Si，0.58重量％的Mn，0.01重量％的P，0.01重量％的S，0.82重量％的Cr，钢水的温度为1591℃。

操作装有134.6吨上述钢水的钢包的顶升装置，使真空槽的插入管插入所述钢水的深度为510毫米，将所述真空槽内的真空度调节至2.5毫巴，并在该真空度下脱气处理10分钟。之后，将所述真空槽内的真空度调节至120毫巴，并向经过上述脱气处理后得到的钢水中加入109千克的铬铁(铬元素含量为60.8重量％，铁元素含量为36.2重量％，购自攀枝花钢城集团有限公司)、56千克的锰铁(锰元素含量为80.2重量％，铁元素含量为17.5重量％，购自百色市光大锰业有限公司)和125千克的增碳剂(购自攀枝花钢城集团有限公司)，处理10分钟后，采用定氢枪测得此时钢水中的氢含量为1.5ppm，溶解铝含量[Als]为0.033重量％，并测得此时钢水中的B类夹杂的级别为2.5级。

然后，使所述真空槽内的真空度为80毫巴，并在该真空度下，向所述钢包中加入73千克的硅钙钡合金(硅含量57.9重量％，钙含量13重量％，钡含量15.8重量％，购自四川天全县特种硅业有限公司)，处理3分钟后，将所述真空槽内的压力恢复至常压，结束处理。此时钢水中的钙含量为42ppm，此时钢水中的B类夹杂的级别为1.0级，并计算得到本实施例的钙处理方法的钙的收得率为约60％。

Claims (8)

1.一种钢水钙处理的方法，该方法包括：将未经真空脱气处理和钙处理的钢水在真空度为3毫巴以下的条件下进行真空脱气处理，得到中间钢水，然后在真空度为50-200毫巴的条件下，向所述中间钢水中加入硅钙钡合金，以进行钙处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在真空度为3毫巴以下的条件下的真空脱气处理的进行时间为8-10分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钙处理的条件包括：真空度为80-120毫巴，时间为1-5分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅钙钡合金的硅含量为55-65重量％，钙含量为10-25重量％，钡含量为15-25重量％。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述硅钙钡合金的加入量在W₁至W₂的范围内，W₁和W₂分别由以下公式计算得到，

$W_1=\frac{\left[S\right]\×M\×0.4}{\left[\mathrm{Ca}\right]\×t}$

$W_2=\frac{\left[\mathrm{Als}\right]\×M\×0.14}{\left[\mathrm{Ca}\right]\×t}$

其中，[Als]为所述中间钢水中的溶解铝的重量百分含量；[S]为所述中间钢水中的硫的重量百分含量；M为所述中间钢水的重量，单位为千克；[Ca]为所述硅钙钡合金中的钙的重量百分含量；t为0.6-0.7。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括在将所述中间钢水进行钙处理之前，将所述中间钢水进行合金化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述合金化处理的条件使得所述中间钢水中的氢含量为2ppm以下。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述合金化处理的条件包括：真空度为80-120毫巴，时间为1-20分钟。