CN102912150A - 一种电渣重熔钢中硫含量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电渣重熔钢中硫含量的控制方法，该方法采用精炼渣系来降低渣系脱硫率，减少钢液中硫向渣相的转移；并提高精炼渣系黏度，阻碍冶炼气氛中氧向渣池和钢液中的移动；在重熔过程中，采用通过净化设备过滤的高纯Ar气保护，降低冶炼氛围中的氧分压，从而减少大气中氧向渣池表面及钢液中的移动，进而抑制气化脱硫反应的进行。

Description

一种电渣重熔钢中硫含量的控制方法

技术领域

本发明属于金属材料冶金技术领域，涉及电渣重熔冶金领域，特别涉及一种电渣重熔钢中硫含量的控制方法。

背景技术

综合性能要求较高的钢材，对钢的纯净度有非常高的要求，特别是钢中全氧含量和非金属夹杂物的控制非常严格，企业常采用EAF+LF+VD+MC+ESR工艺对其进行生产。近年来，研究表明硫化物夹杂不仅能够改善钢材的加工性能，而且能够提高钢材的疲劳强度、耐热和耐磨性，所以在生产中一些钢种要求控制钢中硫含量为0.008~0.025%。然而在LF-VD精炼过程中，为了能够快速充分脱氧及去夹杂，通常采用“白渣”精炼，这恰恰也为脱硫反应提供了良好的热力学条件，导致钢液中硫含量迅速降低。通常LF-VD精炼完毕钢中硫含量基本在0.015%，然后在电渣重熔精炼过程中，由于采用“三七”精炼渣在大气下电渣脱硫率通常为60~80%，所以导致重熔钢锭中硫含量常常低于0.008%而不符合产品要求。目前企业多采用VD后加硫铁或者喂硫线的方法将电极坯中的硫含量提高至0.020%左右，再进行重熔生产。这种方法虽然表面上解决了上述问题，但是VD后加硫铁和喂硫线容易打破精炼后的热平衡环境，引入外来夹杂，硫的回收率和分布不易控制，延长精炼周期，增加生产成本。因此如何在电渣重熔过程中将钢锭中硫含量控制在要求的范围之内，稳定生产工艺，使钢材获得良好性能，并降低生产成本，是当前亟待解决的课题。目前公开的电渣重熔技术专利都旨在解决如何获得低氧、低硫的合金与钢材，其选用的渣系和工艺无法适用于控硫钢的电渣重熔生产。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种新型的电渣重熔钢中硫含量的控制方法。该方法通过控制电渣重熔过程中精炼渣系和冶炼氛围，使得钢锭中硫含量控制在0.008%以上，除了获得稳定的钢锭成分，还能对钢种脆性夹杂物进行变性处理，缩短冶炼周期，降低生产成本。

为了实现上述任务，本发明给出的技术方案是：

一种电渣重熔钢中硫含量的控制方法，其特征在于，该方法采用精炼渣系来降低渣系脱硫率，减少钢液中硫向渣相的转移；并提高精炼渣系黏度，阻碍冶炼气氛中氧向渣池和钢液中的移动；在重熔过程中，采用通过净化设备过滤的高纯Ar气保护，降低冶炼氛围中的氧分压，从而减少大气中氧向渣池表面及钢液中的移动，进而抑制气化脱硫反应的进行；

所述的精炼渣系由以下原料按重量百分比组成：SiO₂：18%~23%，Al₂O₃：15%~20%，CaO：7%~10%，MgO：7%~10%，CaF₂：42%~47%，原料的重量百分比之和为100%。

本发明从以上两个方面出发，采用了双管齐下的措施，在电渣重熔过程中采用新型五元精炼渣系，适当增加渣系中SiO₂的含量降低渣系硫容量，从而减少钢液中硫向渣系中的转移；适当增大渣系黏度，防止气相氧向渣池中的过渡，也可以阻碍气化脱硫的进行，降低渣系电导率，缩短冶炼周期；使用Ar气进行气氛保护，可降低气相中的氧分压，减少气相中氧通过渣池进入钢液，也可以阻碍气化脱硫反应。较好的控制了高品质控硫钢（曲轴钢、轴承钢等）中硫含量的同时，稳定生产，降低成本。

本发明的电渣重熔钢中硫含量的控制方法与现有技术相比，带来的有益效果是：

曲轴钢母材硫含量在0.015%左右时，均可将钢锭中硫含量控制在0.008%以上；综合脱硫率控制在20%~30%。

具体实施方式

本发明的原理是：在电渣过程脱硫反应主要包括五个步骤，即硫从金属熔体内部向钢-渣界面移动；钢渣界面上发生脱硫反应；硫离开钢渣界面向渣-界面移动；在渣-气界面上硫被气相中的氧氧化；硫的氧化产物从渣-气界面离开进入气相中，共涉及两个反应：

渣系脱硫：[S]+(O^2-)→(S^2-)+[O]

气化脱硫：

从以上原理可知：即降低渣系脱硫率，就会减少气化脱硫的反应物(S^2-)从而减缓气化脱硫；同理抑制气化脱硫反应，就会增加渣系脱硫的产物(S^2-)从抑制渣系脱硫，可见两个脱硫反应是相互促进，相互制约的，在电渣过程中对硫含量的控制，就必须对以上两个反应进行抑制。

按照本发明的技术方案，电渣重熔钢中硫含量的控制方法，主要包括以下两个步骤：

（1）新型精炼渣系的组成

精炼渣系由以下原料按重量百分比组成：SiO₂：18%~23%，Al₂O₃：15%~20%，CaO：7%~10%，MgO：7%~10%，CaF₂：42%~47%，原料的重量百分比之和为100%。

该精炼渣系主要通过两个方面对脱硫反应进行控制：

A、通过控制渣系硫容量，降低渣系脱硫率，减少钢液中硫向渣相的转移；

B、适当提高精炼渣系黏度，尤其MgO的添加可以提高渣系表层的高温黏度，从而阻碍冶炼气氛中氧向渣池和钢液中的移动。

（2）Ar气保护气氛

在重熔过程中，采用通过净化设备过滤的高纯Ar气保护，降低冶炼氛围中的氧分压，从而减少大气中氧向渣池表面及钢液中的移动，进而抑制气化脱硫反应的进行。

以下是发明人给出的具体实施例，在以下的实施例中，电渣重熔高速重载机车曲轴钢EMS161，电渣锭尺寸为φ760mm，锭重为7.5吨；在电渣冶炼过程中，二次电压60V～70V，二次电流16000Ａ～19000A；精炼渣系均经过600℃～800℃烘烤。

实施例1：

通入净化后的Ar气进行气氛保护，精炼渣系的原料及其重量百分比为：SiO₂：19.56%，Al₂O₃：21.23%，CaO：8.64%，MgO：8.74%，CaF₂：41.83%；母材中硫含量为0.017%，重熔后钢锭中硫的变化与分布：

实施例2：

通入净化后的Ar气进行气氛保护；精炼渣系的原料及其重量百分比为：SiO₂：19.32%，Al₂O₃：20.56%，CaO：8.73%，MgO：9.24%，CaF₂：42.15%；母材中硫含量为0.017%，重熔后钢锭中硫的变化与分布：

实施例3：

通入净化后的高纯Ar气进行气氛保护；精炼渣系的原料及其重量百分比为：SiO₂：21.42%，Al₂O₃：16.96%，CaO：10.12%，MgO：8.35%，CaF₂：43.15%；母材中硫含量为：0.014%，重熔后钢锭中硫的变化与分布：

Claims (1)

1.一种电渣重熔钢中硫含量的控制方法，其特征在于，该方法采用精炼渣系来降低渣系脱硫率，减少钢液中硫向渣相的转移；并提高精炼渣系黏度，阻碍冶炼气氛中氧向渣池和钢液中的移动；在重熔过程中，采用通过净化设备过滤的高纯Ar气保护，降低冶炼氛围中的氧分压，从而减少大气中氧向渣池表面及钢液中的移动，进而抑制气化脱硫反应的进行；

所述的精炼渣系由以下原料按重量百分比组成：SiO₂：18%~23%，Al₂O₃：15%~20%，CaO：7%~10%，MgO：7%~10%，CaF₂：42%~47%，原料的重量百分比之和为100%。