CN103882303A - 一种气体保护焊丝用钢的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体保护焊丝用钢的冶炼方法，属于钢铁冶金技术领域。该方法包括电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序。关键工艺技术包括电炉出钢过程铝锭的加入量控制，精炼炉渣成分的控制，精炼过程软吹搅拌的控制，精炼过程钛合金化时机的控制，中间包覆盖剂成分的控制，连铸过热度和拉速的控制，异种焊丝用钢的连浇技术。采用本发明的冶炼方法，操作简单有效，生产成本较低，并可解决浇铸过程浸入式水口的结瘤问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体保护焊丝用钢的冶炼方法，具体说，本发明涉及一种解决气体保护焊丝用钢小方坯连铸时浸入式水口结瘤问题的冶炼方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
CO2气体保护电弧焊接是上世纪50年代发展起来的一种焊接技术，具有高效率、低成本、环保的特点。目前，气体保护电弧焊接已经成为一种主流的焊接方法，在美国、日本、欧洲等发达国家和地区，气体保护焊消耗的焊接金属材料重量约占全部焊接材料总重量的50%～75%。但与其他电弧焊接相比，气体保护焊接过程中容易产生金属飞溅。日本的科研人员发现在焊丝中添加适量的Ti元素，可使焊接时熔滴细化，电弧稳定，焊接飞溅大幅降低，目前下游客户要求将焊丝中Ti含量控制在0.17%以上。由于此类钢种钛含量较高，钢液的黏度较大，流动性较差，并且在冶炼过程中容易生成高熔点的氧化钛夹杂物。研究表明：氧化钛与钢液之间浸润角小于90°，不易上浮去除；氧化钛与钢液接触良好，因此氧化钛型结瘤物的导热性较好，钢液会因温度下降而凝固在结瘤物上，从而加剧结瘤的程度。所以，在采用小方坯连铸该类钢种时，浸入式水口极易产生堵塞。水口堵塞不但会恶化铸坯质量，而且可能导致生产的中断，是限制此类钢种工业化生产的一个关键因素。
专利CN102586685A公开了一种高钛合金焊丝用钢的冶炼工艺，通过在传统冶炼流程（电炉初炼、精炼处理）基础上增加二次精炼和真空处理的工序强化钢液脱氧，从而使钢液具有较好可浇性。但增加工序后，生产效率较低、生产成本较高。
专利CN101457273B公开了一种小方坯连铸高钛合金焊丝用钢的生产方法，通过在转炉出钢时加入铝硅钡合金和铝进行预脱氧，在并在LF精炼后期喂入CaSi线对夹杂物进行变性处理的方法来解决连铸过程水口的结瘤问题。但碱性氧化物CaO、MgO等在焊接的过程中会提高熔滴的表面张力，增加熔滴的尺寸，使熔滴不稳定从而产生大颗粒焊接飞溅。
专利CN102212749B公开了一种小方坯连铸高效合金焊丝用钢的生产方法，工艺路线为：低硫铁水和废钢→顶底复吹转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧→钢液合金化→LF精炼→RH精炼→小方坯铸机全保护连铸。通过冶炼过程中各项工艺措施控制钢液中氧、氮含量，从而达到控制钛与氧、氮反应的目的，降低浸入式水口堵塞风险。但该工艺过程需采用RH真空处理，并且LF精炼过程需使用合成渣造钢包顶渣，在RH精炼过程还需调整钢液硫含量，工艺路线和操作过程较复杂、生产成本较高。
发明内容
为克服现有气体保护焊丝用钢的冶炼工艺所存在的问题，本发明的目的在于提供一种短流程、低成本、并可解决浸入式水口结瘤问题的冶炼方法。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种气体保护焊丝用钢的冶炼方法，包括电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序。
所述气体保护焊丝用钢的重量百分比化学成分是：0.055%≤C≤0.085%、0.75%≤Si≤0.85%、1.45%≤Mn≤1.55%、0.15%≤Ti≤0.22%、Ca≤0.001%、P≤0.02%、0.01%≤S≤0.02%、Cu≤0.1%、Ni≤0.1%、Cr≤0.1%、Al≤0.1%、余量为Fe；
所述电炉冶炼工序中，炉料结构包括铁水和废钢，其中铁水占炉料总量的65～75wt.%；当熔池中碳含量为0.04～0.07wt.%、磷含量≤0.01wt.%、温度≥1650℃时方可出钢；出钢量为15～20wt.%时按照“铝锭→低碳锰铁→硅锰→硅铁→石灰”顺序向钢包中加入合金和渣料；铝锭的加入量与电炉终点钢液中溶解氧的质量分数满足如下关系：W(Al)=(10～20)×[%O]kg/t；
所述钢包精炼工序中，精炼过程加入石灰、萤石和电石调节精炼渣的成分，将炉渣主要组成的重量百分比控制在：50%<CaO<55%、15%<Al2O3<20%、15%<SiO2<20%、8%<MgO<12%、MnO+T.Fe<1%；当钢液温度和钛以外的其他元素含量调整到目标后，并且铝含量为0.01～0.03wt.%时，对钢液进行软吹搅拌5～10min。然后，向钢液中喂入FeTi线进行钛合金化，再进行12～18min的软吹搅拌后将钢包运往连铸平台；
所述的小方坯连铸工序中，小方坯的断面为140mm×140mm；将该气体保护焊丝用钢与不含钛焊丝用钢连浇，中间包第1～5炉浇注不含钛焊丝用钢，从第2～6炉开始浇注该气体保护焊丝用钢；连铸过程采用全程保护浇铸；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护；浇铸的过热度控制在40～60℃，拉速控制在2.3～2.5m/min。
本发明进一步改进方案是，所述的软吹搅拌，其比搅拌能控制在10～30W/t。
本发明更进一步改进方案是，所述的高碱度中间包覆盖剂组成的重量百分比为：45%<CaO<55%、25%<Al2O3<35%、SiO2<8%、6%<MgO<8%、CaF2<5%、C<1%以及杂质；所述的不含钛焊丝用钢的重量百分比化学成分为：0.055%≤C≤0.085%、0.75%≤Si≤0.85%、1.45%≤Mn≤1.55%、Ca≤0.001%、P≤0.02%、0.01%≤S≤0.02%、Cu≤0.1%、Ni≤0.1%、Cr≤0.1%、Al≤0.1%、余量为Fe。
以下对本发明的技术方案作更为具体的说明。
电炉出钢通过控制铝锭的加入量使钢液中初生的Al2O3夹杂物形态为球形，有利于上浮去除，从而提高了钢液的洁净度。
钢包精炼炉渣的成分控制兼顾减少钢渣间的反应2[Al]+3(CaO)=Al2O3+3[Ca]、4[Ti]+3(SiO2)=2(Ti2O3)+3[Si]，一方面保证了钢液中的[Ca]较低，有利于减少焊接过程金属飞溅，另一方面，可减少钢液中Ti2O3的生成，有利于改善浇铸性能。
喂FeTi线前，对钢液进行软吹搅拌，促进夹杂物的上浮去除，从而减少Ti与夹杂物中的CaO、Al2O3、SiO2、MnO等物相的反应生成氧化钛。
采用与不含钛焊丝用钢连浇，其作用是：浇铸不含钛焊丝钢时，起到了对浸入式水口进行充分烘烤的作用，温度较高，在浇铸含钛焊丝钢时，水口内壁不易粘结冷钢。
通过增加钢液中的[Al]含量，可抑制钢液二次氧化过程中生成大量的氧化钛，以及[Ti]与钢液中初生Al2O3夹杂物反应生产氧化钛。
中间包采用高碱度覆盖剂可避免钢渣间的反应4[Ti]+3(SiO2)=2(Ti2O3)+3[Si]，从而减少钢液中Ti2O3夹杂物。
与现有技术相比，本发明的工艺流程较短，生产成本较低，并可解决浇铸过程浸入式水口的结瘤问题。
附图说明
附图1为本发明实施例1和实施例2连铸过程中间包塞棒位置的变化曲线图。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
采用本发明的气体保护焊丝用钢的冶炼方法在某炼钢车间连续生产了3炉，具体工艺方法如下：
电炉冶炼工序中，炉料结构包括铁水和废钢，其中铁水占炉料总量的65～75wt.%；当熔池中碳含量为0.04～0.07wt.%、磷含量≤0.01wt.%、温度≥1650℃时方可出钢；出钢量为15～20wt.%时按照“铝锭→低碳锰铁→硅锰→硅铁→石灰”顺序向钢包中加入合金和渣料；铝锭的加入量与电炉终点钢液中溶解氧的质量分数满足如下关系：W(Al)=(10～20)×[%O]kg/t；
钢包精炼工序中，精炼过程加入石灰、萤石和电石调节精炼渣的成分，将炉渣主要组成的重量百分比控制在：50%<CaO<55%、15%<Al2O3<20%、15%<SiO2<20%、8%<MgO<12%、MnO+T.Fe<1%；当钢液温度和钛以外的其他元素含量调整到目标后，并且铝含量为0.01～0.03wt.%时，对钢液进行软吹搅拌5～10min。然后，向钢液中喂入FeTi线进行钛合金化，再进行12～18min的软吹搅拌后将钢包运往连铸平台；
小方坯连铸工序中，小方坯的断面为140mm×140mm；将该气体保护焊丝用钢与不含钛焊丝用钢连浇，中间包前3炉浇铸不含钛焊丝钢，其重量百分比化学成分为：0.055%≤C≤0.085%、0.75%≤Si≤0.85%、1.45%≤Mn≤1.55%、Ca≤0.001%、P≤0.02%、0.01%≤S≤0.02%、Cu≤0.1%、Ni≤0.1%、Cr≤0.1%、Al≤0.004%、余量为Fe，从第4炉开始浇铸该气体保护焊丝用钢；连铸过程采用全程保护浇铸；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护，覆盖剂组成的重量百分比为：CaO:52.1%、Al2O3:32.3%、SiO2:2.5%、MgO:7.3%、CaF2:4.2%以及杂质；浇铸的过热度为40～60℃，拉速为2.3～2.5m/min。
试验的3炉钢液冶炼过程中的具体工艺参数如表1～表3所示。在试验的第3炉钢液浇完后，浸入式水口内壁结瘤物的厚度小于1mm，中间包塞棒上涨高度小于2.5mm，如图1所示，浇铸过程能够顺利进行。表4是试验炉次中间包钢液的化学成分。
表1实施例1电炉工位关键工艺参数
表2实施例1精炼工位关键工艺参数
表3实施例1连铸工位关键工艺参数
| 炉次 | 中间包过热度，℃ | 连铸坯拉速，m/min |
| 1 | 46 | 2.35 |
| 2 | 48 | 2.45 |
| 3 | 44 | 2.45 |
表4实施例1中间包钢液的化学成分/wt.%
| 炉次 | C | Si | Mn | Ti | Ca | P | S | Al |
| 1 | 0.067 | 0.81 | 1.54 | 0.17 | 0.0009 | 0.011 | 0.012 | 0.021 |
| 2 | 0.064 | 0.82 | 1.47 | 0.16 | 0.0008 | 0.010 | 0.015 | 0.023 |
| 3 | 0.061 | 0.81 | 1.48 | 0.17 | 0.0007 | 0.012 | 0.017 | 0.025 |
实施例2
采用本发明的气体保护焊丝用钢的冶炼方法在某炼钢车间连续生产了3炉，具体工艺方法如下：
电炉冶炼工序中，炉料结构包括铁水和废钢，其中铁水占炉料总量的65～75wt.%；当熔池中碳含量为0.04～0.07wt.%、磷含量≤0.01wt.%、温度≥1650℃时方可出钢；出钢量为15～20wt.%时按照“铝锭→低碳锰铁→硅锰→硅铁→石灰”顺序向钢包中加入合金和渣料；铝锭的加入量与电炉终点钢液中溶解氧的质量分数满足如下关系：W(Al)=(10～20)×[%O]kg/t；
钢包精炼工序中，精炼过程加入石灰、萤石和电石调节精炼渣的成分，将炉渣主要组成的重量百分比控制在：50%<CaO<55%、15%<Al2O3<20%、15%<SiO2<20%、8%<MgO<12%、MnO+T.Fe<1%；当钢液温度和钛以外的其他元素含量调整到目标后，并且铝含量为0.01～0.03wt.%时，对钢液进行软吹搅拌5～10min。然后，向钢液中喂入FeTi线进行钛合金化，再进行12～18min的软吹搅拌后将钢包运往连铸平台；
小方坯连铸工序中，小方坯的断面为140mm×140mm；将该气体保护焊丝用钢与不含钛焊丝用钢连浇，中间包前5炉浇铸不含钛焊丝钢，其重量百分比化学成分为：0.055%≤C≤0.085%、0.75%≤Si≤0.85%、1.45%≤Mn≤1.55%、Ca≤0.001%、P≤0.02%、0.01%≤S≤0.02%、Cu≤0.1%、Ni≤0.1%、Cr≤0.1%、Al≤0.004%、余量为Fe，从第6炉开始浇铸该气体保护焊丝用钢；连铸过程采用全程保护浇铸；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护，覆盖剂组成的重量百分比为：CaO:52.1%、Al2O3:32.3%、SiO2:2.5%、MgO:7.3%、CaF2:4.2%以及杂质；浇铸的过热度为40～60℃，拉速为2.3～2.5m/min。
试验的3炉钢液冶炼过程中的具体工艺参数如表5～表7所示。在试验的第3炉钢液浇完后，浸入式水口内壁结瘤物的厚度小于1mm，中间包塞棒上涨高度小于2.3mm，浇铸过程能够顺利进行。表8是试验炉次中间包钢液的化学成分。
表5实施例2电炉工位关键工艺参数
表6实施例2精炼工位关键工艺参数
表7实施例2连铸工位关键工艺参数
| 炉次 | 中间包过热度，℃ | 连铸坯拉速，m/min |
| 1 | 51 | 2.35 |
| 2 | 45 | 2.45 |
| 3 | 46 | 2.45 |
表8实施例2中间包钢液的化学成分/wt.%
| 炉次 | C | Si | Mn | Ti | Ca | P | S | Al |
| 1 | 0.081 | 0.78 | 1.49 | 0.18 | 0.0004 | 0.011 | 0.012 | 0.022 |
| 2 | 0.083 | 0.80 | 1.48 | 0.16 | 0.0005 | 0.012 | 0.014 | 0.024 |
| 3 | 0.071 | 0.77 | 1.53 | 0.17 | 0.0008 | 0.013 | 0.014 | 0.027 |
Claims (5)
1.一种气体保护焊丝用钢的冶炼方法，钢的重量百分比化学成分为：0.055%≤C≤0.085%、0.75%≤Si≤0.85%、1.45%≤Mn≤1.55%、0.15%≤Ti≤0.22%、Ca≤0.001%、P≤0.02%、0.01%≤S≤0.02%、Cu≤0.1%、Ni≤0.1%、Cr≤0.1%、Al≤0.1%、余量为Fe，包括电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序，其特征在于：
1)电炉冶炼工序中，炉料结构包括铁水和废钢，其中铁水占炉料总量的65～75wt.%；当熔池中碳含量为0.04～0.07wt.%、磷含量≤0.01wt.%、温度≥1650℃时方可出钢；出钢量为15～20wt.%时按照“铝锭→低碳锰铁→硅锰→硅铁→石灰”顺序向钢包中加入合金和渣料，铝锭的加入量与电炉终点钢液中溶解氧的质量分数满足如下关系：W(Al)=(10～20)×[%O]kg/t；
2)钢包精炼工序中，精炼过程加入石灰、萤石和电石调节精炼渣的成分，将炉渣主要组成的重量百分比控制在：50%<CaO<55%、15%<Al2O3<20%、15<SiO2<20%、8%<MgO<12%、MnO+T.Fe<1%；当钢液温度和钛以外的其他元素含量调整到目标后，并且铝含量为0.01～0.03wt.%时，对钢液进行软吹搅拌5～10min；然后，向钢液中喂入FeTi线进行钛合金化，再进行12～18min的软吹搅拌后将钢包运往连铸平台；
3)小方坯连铸工序中，将该气体保护焊丝用钢与不含钛焊丝用钢连浇，中间包第1～5炉浇注不含钛焊丝用钢，从第2～6炉开始浇注该气体保护焊丝用钢；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护。
2.根据权利要求1所述的气体保护焊丝用钢的冶炼方法，其特征在于：所述的软吹搅拌，其比搅拌能控制在10～30W/t。
3.根据权利要求1所述的气体保护焊丝用钢的冶炼方法，其特征在于：所述的高碱度中间包覆盖剂组成的重量百分比为：45%<CaO<55%、25%<Al2O3<35%、SiO2<8%、6%<MgO<8%、CaF2<5%、C<1%以及杂质。
4.根据权利要求1所述的气体保护焊丝用钢的冶炼方法，其特征在于：所述的不含钛焊丝用钢的重量百分比化学成分为：0.055%≤C≤0.085%、0.75%≤Si≤0.85%、1.45%≤Mn≤1.55%、Ca≤0.001%、P≤0.02%、0.01%≤S≤0.02%、Cu≤0.1%、Ni≤0.1%、Cr≤0.1%、Al≤0.1%、余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的气体保护焊丝用钢的冶炼方法，其特征在于：所述的小方坯连铸工序中，小方坯的断面为140mm×140mm；连铸过程采用全程保护浇铸；浇铸的过热度控制在40～60℃；拉速控制在2.3～2.5m/min。
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