CN103243196A

CN103243196A - 一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法

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Publication number: CN103243196A
Application number: CN2013101806260A
Authority: CN
Inventors: 高金柱; 傅排先; 刘宏伟; 康秀红; 夏立军; 李殿中
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: CN103243196B

Abstract

本发明涉及冶炼领域，具体为一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法。冶炼时，在金属液出炉之前，分批添加Al、SiCa脱氧剂对金属液进行预脱氧。金属液的出炉温度比金属液的液相线高50-100℃，浇包需预热到700-1300℃。在金属液出炉过程中，当金属液上升到浇包的1/4-1/2时，向钢包内添加稀土合金。本发明拟解决目前钢锭和铸件内部夹杂物尺寸较大，数量较多，纯净度不高，A型偏析严重问题，通过采用稀土复合添加剂对钢中夹杂物变质处理，对于减小夹杂物的尺寸，减少钢中的夹杂物数量，细化凝固组织均具有很好的效果，同时对钢锭中A型偏析的减轻具有促进作用，为钢液的纯净化冶炼提供了新的有效途径。

Description

一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法

技术领域

本发明涉及冶炼领域，具体为一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，采用稀土复合添加剂减少钢中夹杂物。

背景技术

中国是世界稀土资源大国，稀土储量和产量都远远超过其它国家，如何在钢中更好地利用成为研究热点。稀土具有较好的净化钢液、减少夹杂、细化晶粒的作用，从而能够大大提高钢水的纯净度。近年来，随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，对大型铸件的需求量越来越大，进而对大型铸件的纯净度要求越来越高。大型钢锭、连铸坯是大型锻件的先期产品，对提高大型锻件质量尤为重要。

目前，各种大型钢锭内部几乎均存在A型偏析缺陷。而大型钢锭的A型偏析，控制不当可能极为严重，从而导致锻件探伤不合格，甚至报废。大型钢锭的凝固过程非常漫长，根据钢锭吨位不同，从几十小时到上百小时不等，溶质再分配充分，致使碳、磷等低熔点、低密度物质在凝固前沿富集，加上其它物理作用，如热溶质对流等的影响，使钢锭不同区域化学成分不均匀，致使凝固组织分布不均匀，铸件晶粒粗大，性能不均。

目前，实验观察A偏析附近存在大量氧化物和硫化物聚集，且尺寸较大，常在20-30微米左右。此类非金属夹杂物对钢的性能具有有害影响，然而，对于大型钢锭来讲，以低廉的成本生产高纯净的铸钢产品几乎是不可能的，尽管冶金工业者尝试了各种工艺方法，在许多高强钢中依然存在大尺寸的夹杂物。因此，对于高质量的铸钢产品而言，控制钢中的夹杂物形态、尺寸、分布成为一个重要的指标。稀土在钢中变质夹杂物以及对其形态、数量和尺寸大小的控制上具有较强的作用。此外，稀土在钢中尚有微合金化、与低熔点有害夹杂反应、捕氢及弥散强化等作用；同时具有改善铸态组织、抑制晶粒长大、影响组织转变、改善热塑性和热强性、提高抗氢致脆性以及提高抗氧化性等功能。

大型钢锭、铸件、连铸坯的内部缺陷问题备受科研工作者和企业界关注。虽然在A型偏析形成机理方面取得很大的进展，但采用常规手段,难以从根本上消除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，有效改善钢锭中夹杂物的形态、大小、分布，提供形核质点，细化组织，进而对钢锭中A型偏析的减轻具有促进作用，解决目前钢锭、铸件、连铸坯内部夹杂物尺寸较大、数量较多，纯净度不高，A型偏析严重问题。

本发明的技术方案是：

一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，包括以下步骤：

1）中频炉熔炼时，在金属液出炉之前，添加Al与SiCa脱氧剂对金属液进行预脱氧，其中Al用量为0.5-2kg/t，SiCa用量为0.5-2kg/t；

2）金属液的出炉温度比金属液的液相线高50-100℃，浇包需预热到700-1300℃；

3）在金属液出炉过程中，当金属液上升到浇包1/4-1/2时，向浇包内添加稀土合金，稀土合金用量为0.2–2kg/t；按重量百分比计，稀土合金成分为，Si：40-50%，Ca：10-12%，Al：3-4%，Mg：1-1.5%，RE：10-20%，其余为Fe；

4）加入的稀土合金呈块状，稀土合金的尺寸在10-100mm；

5）金属液倒入浇包后，需添加常用保护渣，用量为0.5-3kg/t，浇包中的金属液需静止放置2-10min，然后进行浇注；

6）减小钢中夹杂物尺寸，将尺寸小于10μm的夹杂物控制在70%以上。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，步骤1）中，分2-10次将Al与SiCa脱氧剂添加到金属液中，脱氧剂的尺寸应控制在10mm以下。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，在金属液浇入钢包过程中，当金属液面上升至钢包1/4时，开始添加稀土合金，经分批添加后，使稀土合金在金属液中分布更加均匀。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，当添加稀土合金时，还采用吹氩方式对金属液进行净化处理，去除金属液中的夹杂物，氩气压力在0.2-1.0MPa，流量在0.2-10L/min。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，在加入稀土合金之前，稀土合金预热到100-300℃，避免因加入稀土合金而使金属液中气体含量增加。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，金属液的出炉温度比金属液的液相线高80-100℃，浇包预热到1000-1300℃。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，通过在钢中加入稀土合金，变质并减少钢中夹杂物，同时消除钢中的低熔点杂质的有害作用，细化晶粒，减轻偏析，最终达到纯净化的目的。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，金属液倒入浇包后，需添加常用保护渣，用量为1-2kg/t。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，浇注之前，浇包中的金属液需静止放置5-8min。

所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，该方法能减小钢中夹杂物尺寸，将尺寸小于10μm的夹杂物控制在70%以上。

本发明具有如下有益效果：

1．本发明工艺设计合理，通过加入稀土元素，大大减小了钢锭中夹杂物的尺寸，10微米以下夹杂物由30%左右提高到了70%，改善了夹杂物的分布；细化了凝固组织，晶粒度级别提高了2级，并减轻了A型偏析，进一步提高了材料的利用率、合格率。

2.本发明设计稀土加入工艺合理，系统简单，安全性高，可操作性强，企业容易实现。

3.本发明适用于各种材质的钢锭、铸件、连铸坯的制造。利用本发明生产钢锭、铸件、连铸坯具有组织致密、低成本、高质量的特点，很容易得到广大研究机构和工厂认可，一旦被广泛采用，则可大大提高产品质量。

总之，本发明可以有效改善钢锭中夹杂物的形态、大小、分布，细化凝固组织，减轻钢锭中A型偏析，能够广泛应用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢的制备，能够对各种黑色合金材料的铸件、钢锭以及连铸坯料的夹杂物有效的去除，对晶粒细化以及减轻钢锭中A型偏析均有作用。

附图说明

图1为不加稀土实验低倍（a）和硫印（b）结果。

图2为加入稀土实验低倍（a）和硫印（b）结果。

图3为不加稀土的铸态晶粒大小。

图4为加入稀土的铸态晶粒大小。

图5为不加稀土夹杂物尺寸统计分布图。

图6为加入稀土夹杂物尺寸统计分布图。

具体实施方式

本发明有效改善钢锭中夹杂物的形态，减少夹杂物的数量；细化凝固组织，减轻钢锭中A型偏析的方法如下：

1、本发明采通过加入稀土元素，使钢锭中夹杂物变得细小弥散，改变钢中的非金属夹杂物的种类及数量，细化凝固组织，进而对消除钢锭、铸件、连铸坯料内部A型偏析具有促进作用，从而提高产品的内在质量与合格率；

2、金属液的出炉温度比金属液的液相线高50-100℃（优选为80-100℃），浇包需预热到700-1300℃（优选为1000-1300℃）。

3、在金属液出炉过程中，向钢包内添加稀土合金，稀土合金用量为0.2-2kg/t（即：每吨金属液加入0.2-2公斤的稀土合金）。按重量百分比计，稀土合金成分为：Si：40-50%，Ca：10-12%，Al：3-4%，Mg：1-1.5%，RE：10-20%，其余为Fe。当金属液上升到浇包的1/4-1/2时，加入稀土合金，直至稀土合金溶解，不允许稀土合金浮在金属液表面，否则由于空气中的氧气和金属液的表面渣，稀土合金将会烧损；

把稀土合金敲碎成尺寸10-100mm，在加入稀土合金之前，稀土合金预热到100-300℃。在添加稀土合金的过程中，还采用吹氩方式对金属液进行净化处理，氩气压力在0.2-1.0MPa（优选为0.5-0.8MPa），流量在0.2-10L/min（优选为3-8L/min）。

4、炉中金属液一定要进行很好地脱氧，加入锰铁和硅铁，出炉前需加入Al和SiCa中间合金，Al用量为0.5-2kg/t，SiCa用量为0.5-2kg/t；

5、当金属液倒入浇包后，在金属液上方添加常用保护渣，用量为0.5-3kg/t减少钢液氧化，在浇包中的金属液需静止放置2-10min，然后进行浇注。

采用本发明技术，通过加入稀土合金的方法致使钢锭、铸件、连铸坯料内部增加大量弥散细小的夹杂物，形成形核质点，细化晶粒，减轻钢中的A型偏析，减少夹杂物的数量，进而达到纯净化的目的。本发明可以减小钢中夹杂物尺寸，将尺寸小于10μm的夹杂物控制在70%以上。

下面结合实施例详述本发明。

比较例1

浇注500kg砂铸钢锭，钢锭材质为45号钢。比较例1为不加入稀土合金的钢锭实验。废钢采用普通钢板，装料前必须对所有钢铁料的As、Sn、Sb进行分析，严禁使用其它料源，防止残余元素超标。加入2kg/t锰铁和硅铁，出炉前需加入Al：0.7kg/t，SiCa：1kg/t，放置3分钟再将金属倒入浇包，此时利用气体搅拌方法对钢液进行吹氩，氩气压力在0.5MPa，流量在0.5L/min。所有入炉造渣材料必须干燥，出钢温度为1565℃，中间包包况良好，保温冒口情况良好，浇注温度1520℃，当金属液倒入浇包后，在金属液上方添加常用保护渣，用量为3kg/t，减少钢液氧化。钢锭分析结果如附图所示，从图1、图3、图5中可看出，钢锭A型偏析缺陷严重；夹杂物尺寸较大，大部分集中在10-20微米，主要为氧化铝和硫化锰夹杂；晶粒较粗大，宏观晶粒度评级结果为-6级，晶粒的平均直径尺寸为2.78毫米。

实施例1

浇注500kg砂铸钢锭，钢锭材质为45号钢。实施例1为加入稀土合金2kg/t钢锭实验；本实施例中，按重量百分比计，稀土合金成分为：Si：45%，Ca：11%，Al：3.5%，Mg：1.2%，RE：15%，其余为Fe。废钢采用普通钢板，装料前必须对所有钢铁料的As、Sn、Sb进行分析，严禁使用其它料源，防止残余元素超标。分别加入2kg/t锰铁和硅铁，出炉前需加入Al：1.5kg/t，SiCa：2kg/t，放置5分钟再将金属倒入浇包，当金属位于浇包1/3高度时，加入稀土合金，直至稀土合金溶解，不允许稀土合金浮在表面，否则由于空气中的氧气和金属液的表面渣，稀土合金将会烧损，此时利用气体搅拌方法对钢液进行吹氩，氩气压力在0.8MPa，流量在8升/分钟。块状稀土合金尺寸40mm，用量2kg/t。所有入炉造渣材料必须干燥，出钢温度为1565℃，中间包包况良好，保温冒口情况良好，浇注温度1520℃，当金属液倒入浇包后，在金属液上方添加常用保护渣，用量为3kg/t，减少钢液氧化，在浇包中的金属液需静止放置5min，然后进行浇注。钢锭分析结果如附图所示，从图2、图4、图6中可明显看出，钢锭的A型偏析缺陷明显减轻，由长条状变为分散状；夹杂物尺寸较小，小于10微米的夹杂物占了70%以上；主要为稀土复合硫氧化物；晶粒细化效果明显，晶粒度评级结果为-4级，晶粒的平均直径为1.17毫米。此外，从表1中可以看出，加入稀土之后夹杂物分布变得均匀，数量明显减少。

表1加入稀土与不加稀土的夹杂物数量分布情况

本发明工作过程及结果：

本发明采通过在钢锭中加入新型复合稀土添加剂，使钢锭中夹杂物变得弥散细小分布，变质并减少了钢中的非金属夹杂物，细化钢锭凝固组织，从而减轻钢锭和铸件内部A型偏析缺陷，从而提高产品的内在质量与产品合格率。利用本发明生产凝固坯料具有组织致密、低成本、高质量的特点。

实施例的结果表明，本发明在钢锭中加入稀土元素，通过形成高熔点的细小稀土夹杂物，增加了金属液内部的形核质点，降低了形核所需的过冷度，金属液内部形核率较高，细化了凝固组织，同时减少了钢中夹杂物的数量，减轻了A型偏析缺陷。

Claims

1.一种中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）中频炉熔炼时，在金属液出炉之前，添加Al与SiCa脱氧剂对金属液进行预脱氧，其中Al用量为 0.5-2 kg/t，SiCa用量为0.5-2 kg/t；

3）在金属液出炉过程中，当金属液上升到浇包1/4-1/2时，向浇包内添加稀土合金，稀土合金用量为0.2–2 kg/t；按重量百分比计，稀土合金成分为，Si：40-50%，Ca：10-12%，Al：3-4%，Mg：1-1.5%，RE：10-20%，其余为Fe；

4）加入的稀土合金呈块状，稀土合金的尺寸在10-100mm；

5）金属液倒入浇包后，需添加常用保护渣，用量为0.5-3 kg/t，浇包中的金属液需静止放置2-10min，然后进行浇注；

2.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，步骤1）中，分2-10次将Al与SiCa脱氧剂添加到金属液中，脱氧剂的尺寸应控制在10mm以下。

3.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，在金属液浇入钢包过程中，当金属液面上升至钢包1/4时，开始添加稀土合金，经分批添加后，使稀土合金在金属液中分布更加均匀。

4.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，当添加稀土合金时，还采用吹氩方式对金属液进行净化处理，去除金属液中的夹杂物，氩气压力在0.2-1.0MPa，流量在0.2-10L/min。

5.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，在加入稀土合金之前，稀土合金预热到100-300℃，避免因加入稀土合金而使金属液中气体含量增加。

6.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，金属液的出炉温度比金属液的液相线高80-100℃，浇包预热到1000-1300℃。

7.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，通过在钢中加入稀土合金，变质并减少钢中夹杂物，同时消除钢中的低熔点杂质的有害作用，细化晶粒，减轻偏析，最终达到纯净化的目的。

8.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，金属液倒入浇包后，需添加常用保护渣，用量为1-2 kg/t。

9.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，浇注之前，浇包中的金属液需静止放置5-8 min。

10.按照权利要求1所述的中频炉添加稀土纯净化冶炼的方法，其特征在于，该方法能减小钢中夹杂物尺寸，将尺寸小于10μm的夹杂物控制在70%以上。