CN103924157A - 一种含钛铁素体不锈钢的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含钛铁素体不锈钢的生产方法，包括下述步骤：（1）铁水在脱磷转炉脱磷处理；（2）钢液在AOD转炉中进行脱碳、脱氮、还原处理；(3)出钢至钢包；（4）LF进站弱吹氩；(5)喂硅钙线进行钙处理（6）吊至扒渣站扒除炉渣；（7）LF再次进站进行钛合金化；（8）LF重新造渣；（9）化渣、升温；（10）LF吹氩处理；（11）确认成分和温度；（12）LF弱吹出站；（13）连铸。本发明在没有真空处理设备的情况下，可以将C、N含量控制在较低的水平，同时防止或抑制了在生产过程中有害夹杂物镁铝尖晶石的形成，提高了产品质量，并防止连铸过程中中间包水口堵塞，保证了生产的顺利进行。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢冶炼技术领域，尤其涉及一种含钛铁素体不锈钢的生产方法。
背景技术
当前，对镍资源依赖性小的铁素体不锈钢越来越受到社会的重视，铁素体不锈钢中的间隙元素碳、氮严重影响其性能。材料设计中，通过加入Ti元素来改善其性能。钛可以提高间隙元素C、N 的稳定性能，Ti与C反应生成TiC 抑制晶界CrC的生成，防止晶界Cr的贫化，Ti与N反应生成TiN作为形核核心，提高等轴晶率，钛元素还可以提高铁素体不锈钢的抗氧化、抗热疲劳性能。但是，Ti与O、N有较强的亲和力，在冶炼和连铸过程中极易形成TiN和TiO2夹杂，减少TiN和TiO2夹杂的途径就是降低钢水中N含量和O含量。
目前，一般是采用真空吹氧脱碳炉配合强搅拌来降低钢中碳氮含量。对于不锈钢的脱氧过程，一般采用铝脱氧，但是会大量形成MgO·Al2O3 夹杂物，这类夹杂物熔点较高、硬度大，容易沉积在浸入式水口内部造成水口堵塞。此外，钢中生成大量MgO·Al2O3夹杂物，会增加含芯TiN的生成，影响最终产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，在没有真空处理设备的情况下，可以将C、N含量控制在较低的水平，同时防止或抑制了在生产过程中有害夹杂物镁铝尖晶石的形成，提高了产品质量，并防止连铸过程中中间包水口堵塞，保证了生产的顺利进行。
本发明的技术方案是：一种含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，步骤如下：
a.将普通铁水脱磷、脱碳、脱氮、还原处理，待钢液成分的重量百分比达到下述要求后出钢至钢包：C ≤0.0075％、Si 0.15-0.3％、Mn 0.2-0.25％、P ≤0.022％、Cr 11.4-11.5％、S ≤0.003％、N ≤0.004％，其余为Fe 与不可避免的杂质；
b.一次LF进站，将钢包运至LF炉，进站后吹氩3～5分钟，氩气流量控制在100～150NL/min。
c.吊至扒渣站扒除炉渣：将步骤b得钢包从LF炉运至扒渣站，进行扒渣处理；
d. 二次LF进站，进站后吹氩，氩气流量控制在300～500NL/min, 加入钛铁和硅铁，钛的收得率按50％计算，每吨钢液加钛铁5-5.5kg，每吨钢液加硅铁2-3kg；加精炼渣、石灰和萤石重新造渣，加造渣料时氩气流量500～800NL/min，加入量为精炼渣9.0～10.0kg/t、石灰7.0～8.0kg/t、萤石2.0～3.0kg/t；对LF通电，钢水温度升至1610℃～1625℃；炉渣化好后，氩气流量控制在300～500NL/min，吹氩3～5min，然后氩气流量调至200～300NL/min，吹氩20～30min；当钢水温度为1585℃～1590℃，重量百分比为C ≤0.012％、Si 0.35-0.40％、Mn 0.2-0.25％、P ≤0.023％、S ≤0.001％、Cr 11.3-11.4％、Ti 0.18-0.20％、N ≤0.01％；其余为Fe 与不可避免的杂质时，调节氩气流量为100～200 NL/min，吹氩12～20分钟；
e. 将步骤d所得钢液铸成钢坯，得到含钛铁素体不锈钢产品。
所述的脱磷是在脱磷转炉中，喷吹法脱磷，顶吹氧，流量70～150 Nm3/min，枪位为1.6±0.1m，开始2～3min后加入造渣料25.0～30.0kg/t、脱磷剂20.0～25.0kg/t，炉渣碱度控制在2.0～2.5 之间；处理后的铁水重量百分比为：C ：2.8～3.5％ 、Mn ：0.20～0.25％ 、P ≤0.02％ 、S≤0.05％，其余为Fe 与不可避免的杂质，温度为1380～1470℃ 。
所述的脱碳、脱氮、还原处理是在AOD转炉中，侧顶复吹氧气脱碳，全程侧吹氩脱氮，分阶段脱碳，在吹炼过程中分批加入高碳铬铁和石灰，加入量为每吨钢液加高碳铬铁190～200kg，石灰70～80kg；当钢液碳含量小于0.003％时结束脱碳，然后加入5-6kg/t 铝块，10-11kg/t硅铁和2-3kg/t 萤石进行还原，还原5min 后测温和取样，待钢液成分的重量百分比达到要求后出钢。
AOD炉出钢前打开钢包底吹氩，对钢包进行清洗，清洗后将钢水在1740℃～1760℃时从AOD炉快速倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至700～900℃。
所述一次LF进站后，吹氩同时喂硅钙线进行钙处理， 喂硅钙线5.0～6.0米/吨钢,喂线速度2.0-3.5m/s。
所述步骤c钢包内炉渣较稀时，加适量石灰后继续扒渣。
所述步骤e为连铸铸坯，连铸过热度35-45℃，拉速0.90～1.00m/min。
本发明的有益效果是：此种含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，是在没有真空处理设备的情况下，两次进LF炉，将C含量控制在0.012％、N含量控制在0.01％以下，同时采取铝脱氧-钙处理-钛合金化的工艺路线，防止或抑制了在生产过程中有害夹杂物镁铝尖晶石的形成，提高了产品质量，并防止连铸过程中中间包水口堵塞，保证了生产的顺利进行。
附图说明
图1为实施例1产品的2D金相组织照片；
图2为实施例2产品的2D金相组织照片；
图3为实施例3产品的2D金相组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，包括以下步骤：
1. 铁水在脱磷转炉脱磷处理
将铁水从普通铁水罐兑入到脱磷转炉中，采用喷吹法进行脱磷处理，处理过程中顶吹氧枪流量70 Nm3/min，枪位为1.7m，开始2min后加入造渣料和脱磷剂，造渣料加入量为每吨铁水25.0kg/t，脱磷剂加入量为每吨铁水20.0kg/t，处理过程中炉渣碱度控制在2.0；处理后铁水的成分的重量百分比为：
C ：2.8％ 、Mn ：0.20％ 、P ：0.015％ 、S：0.05％，其余为Fe 与不可避免的杂质，温度为1380℃ ；
2. 钢液在AOD转炉中进行脱碳、脱氮、还原处理
将93t铁水注入到AOD转炉中，侧顶复吹氧气进行脱碳，侧枪冶炼过程全程吹氩进行脱氮。根据兑入的铁水碳含量及炼钢行业通用的计算机模拟计算，确定各阶段吹氧量，各脱碳期在吹氧量达到设定值后，进入下一个脱碳期，在吹炼过程中分批加入高碳铬铁和石灰，加入量为每吨钢液加高碳铬铁200kg，石灰74kg；当钢液碳含量小于0.003％时脱碳期结束，然后加入6kg/t 铝块，10kg/t硅铁和2.5kg/t 萤石进行还原，还原5min 后测温和取样，钢液成分为：C ：0.0037％ 、Si 0.15％ 、Mn 0.2％ 、P ：0.02％、Cr 11.4％ 、S ：0.002％、N ：0.003％，其余为Fe 与不可避免的杂质；
出钢量为108t,共加入高碳铬铁：108t×200kg/t=21600 kg,石灰：108t×74kg/t=7992kg，铝块：108t×6kg/t=648 kg，硅铁：108t×10kg/t=1080kg，萤石：108t×2.5kg/t=270kg；
3.出钢至钢包：
AOD出钢前5分钟打开钢包底吹氩，对钢包进行清洗，清洗后将108t钢水在1748℃从AOD炉快速倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至700℃；
4. LF进站弱吹氩
将钢包运至LF炉，进站后采用弱吹氩模式弱吹3分钟，氩气流量控制在100NL/min；
5.喂硅钙线进行钙处理
喂硅钙线5.0米/吨钢,喂线速度2.0m/s，共喂入硅钙线：5.0米/吨钢×108吨=540米；
6．吊至扒渣站扒除炉渣
将钢包从LF炉运至扒渣站，进行扒渣处理，包内炉渣较稀时，加100kg石灰后继续扒渣；
7. LF再次进站进行钛合金化
进站后吹氩操作，氩气流量控制在400NL/min,加入钛铁和硅铁进行合金化，钛的收得率按50％计算，加入量为每吨钢液加钛铁5kg，硅铁加入量是为每吨钢液加硅铁2kg；共加入钛铁：108t×5kg/t=540 kg,硅铁：108t×2kg/t=216kg；
8. LF重新造渣
加精炼渣、石灰和萤石重新造渣，精炼渣加入总量按10.0kg/t控制，石灰加入总量按8.0kg/t控制，萤石加入总量3.0kg/t控制。加造渣料时，调大氩气流量，进行强吹氩以促进精炼渣的熔化，氩气流量控制在800NL/min；共加入精炼渣：108t×10kg/t=1080 kg,石灰：108t×8kg/t=864kg，萤石108t×3kg/t=324kg；
9. 化渣、升温：
通电化渣，对钢水进行升温处理，温度升至1620℃；
10．LF吹氩处理
炉渣化好后，先进行强吹氩搅拌，搅拌时间3min，氩气流量控制在400NL/min； 强搅拌后进行正常吹氩，正常吹氩时间20分钟，氩气流量控制在300NL/min；
11. 确认成分和温度
测温取样，钢水温度为1585℃，钢水成分的重量百分比为：
C ：0.012％、Si ：0.35％ 、Mn： 0.2％ 、P ：0.02％ 、S ：0.001％ 、Cr 11.3％ 、Ti 0.18％ 、N ：0.0083％；其余为Fe 与不可避免的杂质，满足标准要求；
12. LF弱吹出站
调整氩气流量，弱吹12分钟，底吹氩气流量为100NL/min；
13.连铸
将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的含钛铁素体不锈钢产品。连铸过热度控制在35℃，拉速控制在0.9m/min。
图1为本发明实施例1生产的含钛铁素体不锈钢2D金相组织照片。从图中可以看出，铁素体晶粒细小、分布均匀，组织中没有夹杂物存在。
实施例2
含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，包括以下步骤：
1. 铁水在脱磷转炉脱磷处理
将铁水从普通铁水罐兑入到脱磷转炉中，采用喷吹法进行脱磷处理，处理过程中顶吹氧枪流量150Nm3/min，枪位为1.5m，开始3min后加入造渣料和脱磷剂，造渣料加入量为每吨铁水30.0kg/t，脱磷剂加入量为每吨铁水25.0kg/t，处理过程中炉渣碱度控制在2.5；处理后铁水的成分的重量百分比为：
C ：3.5％ 、Mn ：0.21％ 、P ：0.02％ 、S：0.042％，其余为Fe 与不可避免的杂质，温度为1460℃ ；
2. 钢液在AOD转炉中进行脱碳、脱氮、还原处理
将96.8t铁水注入到AOD转炉中，侧顶复吹氧气进行脱碳，侧枪冶炼过程全程吹氩进行脱氮。根据兑入的铁水碳含量及炼钢行业通用的计算机模拟计算，确定各阶段吹氧量，各脱碳期在吹氧量达到设定值后，进入下一个脱碳期，在吹炼过程中分批加入高碳铬铁和石灰，加入量为每吨钢液加高碳铬铁196kg，石灰70kg；当钢液碳含量小于0.003％时脱碳期结束，然后加入5kg/t 铝块，10.5kg/t硅铁和2.0kg/t 萤石进行还原，还原5min 后测温和取样，钢液成分为：C ：0.0075％ 、Si 0.24％ 、Mn 0.23％ 、P ：0.022％ 、Cr 11.45％ 、S ：0.003％ 、N ：0.0027％，其余为Fe 与不可避免的杂质；
出钢量为110t,共加入高碳铬铁：110t×196kg/t=21560 kg,石灰：110t×70kg/t=7700kg，铝块：110t×5kg/t=550 kg，硅铁：110t×10.5kg/t=1155kg，萤石：110t×2.0kg/t=220kg；
3.出钢至钢包：
AOD出钢前5分钟打开钢包底吹氩，对钢包进行清洗，清洗后将110t钢水在1740℃从AOD炉快速倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至900℃；
4. LF进站弱吹氩
将钢包运至LF炉，进站后采用弱吹氩模式弱吹5分钟，氩气流量控制在150NL/min；
5.喂硅钙线进行钙处理
喂硅钙线5.5米/吨钢,喂线速度3.0m/s，共喂入硅钙线：5.5米/吨钢×110吨=605米；
6．吊至扒渣站扒除炉渣
将钢包从LF炉运至扒渣站，进行扒渣处理，包内炉渣较稀时，加100Kg石灰后继续扒渣；
7. LF再次进站进行钛合金化
进站后吹氩操作，氩气流量控制在300NL/min,加入钛铁和硅铁进行合金化，钛的收得率按50％计算，加入量为每吨钢液加钛铁5.5kg，硅铁加入量是为每吨钢液加硅铁2.5kg；共加入钛铁：110t×5.5kg/t=605kg,硅铁：110t×2.5kg/t=275kg；
8. LF重新造渣
加精炼渣、石灰和萤石重新造渣，精炼渣加入总量按9.0kg/t控制，石灰加入总量按7.0kg/t控制，萤石加入总量2.0kg/t控制。加造渣料时，调大氩气流量，进行强吹氩以促进精炼渣的熔化，氩气流量控制在500NL/min；共加入精炼渣：110t×9kg/t=990 kg,石灰：110t×7kg/t=770kg，萤石110t×2kg/t=220kg；
9. 化渣、升温：
通电化渣，对钢水进行升温处理，温度升至1610℃；
10．LF吹氩处理
炉渣化好后，先进行强吹氩搅拌，搅拌时间4min，氩气流量控制在300NL/min； 强搅拌后进行正常吹氩，正常吹氩时间30分钟，氩气流量控制在250NL/min；
11. 确认成分和温度
测温取样，钢水温度为1588℃，钢水成分的重量百分比为：
C ：0.011％ 、Si ：0.40％ 、Mn： 0.23％ 、P ：0.023％ 、S ：0.0007％ 、Cr 11.4％ 、Ti 0.20％ 、N ：0.0087％；其余为Fe 与不可避免的杂质；
12. LF弱吹出站
调整氩气流量，弱吹20分钟，底吹氩气流量为200NL/min；
13.连铸
将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的含钛铁素体不锈钢产品。连铸过热度控制在40℃，拉速控制在0.95m/min。
图2为本发明实施例2生产的含钛铁素体不锈钢2D金相组织照片。从图中可以看出，铁素体晶粒细小、分布均匀，组织中没有夹杂物存在。
实施例3
含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，包括以下步骤：
1. 铁水在脱磷转炉脱磷处理
将铁水从普通铁水罐兑入到脱磷转炉中，采用喷吹法进行脱磷处理，处理过程中顶吹氧枪流量100Nm3/min，枪位为1.6m，开始2min后加入造渣料和脱磷剂，造渣料加入量为每吨铁水26.0kg/t，脱磷剂加入量为每吨铁水23.0kg/t，处理过程中炉渣碱度控制在2.2；处理后铁水的成分的重量百分比为：
C ：3.0％ 、Mn ：0.25％ 、P ：0.017％ 、S：0.040％，其余为Fe 与不可避免的杂质，温度为1470℃ ；
2. 钢液在AOD转炉中进行脱碳、脱氮、还原处理
将94.2t铁水注入到AOD转炉中，侧顶复吹氧气进行脱碳，侧枪冶炼过程全程吹氩进行脱氮。根据兑入的铁水碳含量及炼钢行业通用的计算机模拟计算，确定各阶段吹氧量，各脱碳期在吹氧量达到设定值后，进入下一个脱碳期，在吹炼过程中分批加入高碳铬铁和石灰，加入量为每吨钢液加高碳铬铁190kg，石灰80kg；当钢液碳含量小于0.003％时脱碳期结束，然后加入5.5kg/t 铝块，11kg/t硅铁和3.0kg/t 萤石进行还原，还原5min 后测温和取样，钢液成分为：C ：0.0055％ 、Si： 0.30％ 、Mn ：0.25％ 、P ：0.021％ 、Cr： 11.5％ 、S ：0.0014％ 、N ：0.004％，其余为Fe 与不可避免的杂质；
出钢量为105t,共加入高碳铬铁：105t×190kg/t=19950 kg,石灰：105t×80kg/t=8400kg，铝块：105t×5.5kg/t=577.5 kg，硅铁：105t×11kg/t=1155kg，萤石：105t×3.0kg/t=315kg；
3.出钢至钢包：
AOD出钢前5分钟打开钢包底吹氩，对钢包进行清洗，清洗后将105t钢水在1760℃从AOD炉快速倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至800℃；
4. LF进站弱吹氩
将钢包运至LF炉，进站后采用弱吹氩模式弱吹4分钟，氩气流量控制在120NL/min；
5.喂硅钙线进行钙处理
喂硅钙线6.0米/吨钢,喂线速度3.5m/s，共喂入硅钙线：6.0米/吨钢×105吨=630米；
6．吊至扒渣站扒除炉渣
将钢包从LF炉运至扒渣站，进行扒渣处理，包内炉渣较稀时，加100kg石灰后继续扒渣；
7. LF再次进站进行钛合金化
进站后吹氩操作，氩气流量控制在500NL/min,加入钛铁和硅铁进行合金化，钛的收得率按50％计算，加入量为每吨钢液加钛铁5.2kg，硅铁加入量是为每吨钢液加硅铁3.0kg；共加入钛铁：105t×5.2kg/t=546kg,硅铁：105t×3.0kg/t=315kg；
8. LF重新造渣
加精炼渣、石灰和萤石重新造渣，精炼渣加入总量按9.5kg/t控制，石灰加入总量按7.5kg/t控制，萤石加入总量2.5kg/t控制。加造渣料时，调大氩气流量，进行强吹氩以促进精炼渣的熔化，氩气流量控制在600NL/min；共加入精炼渣：105t×9.5kg/t=997.5kg,石灰：105t×7.5kg/t=787.5kg，萤石105t×2.5kg/t=262.5kg；
9. 化渣、升温：
通电化渣，对钢水进行升温处理，温度升至1625℃；
10．LF吹氩处理
炉渣化好后，先进行强吹氩搅拌，搅拌时间5min，氩气流量控制在500NL/min； 强搅拌后进行正常吹氩，正常吹氩时间25分钟，氩气流量控制在200NL/min；
11. 确认成分和温度
测温取样，钢水温度为1590℃，钢水成分的重量百分比为：
C ：0.011％ 、Si ：0.38％ 、Mn： 0.25％ 、P ：0.022％ 、S ：0.0009％ 、Cr 11.33％ 、Ti 0.19％ 、N ：0.01％；其余为Fe 与不可避免的杂质；
12. LF弱吹出站
调整氩气流量，弱吹14分钟，底吹氩气流量为120NL/min；
13.连铸
将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的含钛铁素体不锈钢产品。连铸过热度控制在45℃，拉速控制在1.0m/min。
图3为本发明实施例3生产的含钛铁素体不锈钢2D金相组织照片。从图中可以看出，铁素体晶粒细小、分布均匀，组织中没有夹杂物存在。
Claims (7)
1.一种含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是步骤如下：
a.将普通铁水脱磷、脱碳、脱氮、还原处理，待钢液成分的重量百分比达到下述要求后出钢至钢包：C ≤0.0075％、Si 0.15-0.3％、Mn 0.2-0.25％、P ≤0.022％、Cr 11.4-11.5％、S ≤0.003％、N ≤0.004％，其余为Fe 与不可避免的杂质；
b.一次LF进站，将钢包运至LF炉，进站后吹氩3～5分钟，氩气流量控制在100～150NL/min；
c.吊至扒渣站扒除炉渣：将步骤b得钢包从LF炉运至扒渣站，进行扒渣处理；
d. 二次LF进站，进站后吹氩，氩气流量控制在300～500NL/min, 加入钛铁和硅铁，钛的收得率按50％计算，每吨钢液加钛铁5-5.5kg，每吨钢液加硅铁2-3kg；加精炼渣、石灰和萤石重新造渣，加造渣料时氩气流量500～800NL/min，加入量为精炼渣9.0～10.0kg/t、石灰7.0～8.0kg/t、萤石2.0～3.0kg/t；对LF通电，钢水温度升至1610℃～1625℃；炉渣化好后，氩气流量控制在300～500NL/min，吹氩3～5min，然后氩气流量调至200～300NL/min，吹氩20～30min；当钢水温度为1585℃～1590℃，重量百分比为C ≤0.012％、Si 0.35-0.40％、Mn 0.2-0.25％、P ≤0.023％、S ≤0.001％、Cr 11.3-11.4％、Ti 0.18-0.20％、N ≤0.01％；其余为Fe 与不可避免的杂质时，调节氩气流量为100～200 NL/min，吹氩12～20分钟；
e. 将步骤d所得钢液铸成钢坯，得到含钛铁素体不锈钢产品。
2.如权利要求1所述的含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是所述的脱磷是在脱磷转炉中，喷吹法脱磷，顶吹氧，流量70～150 Nm3/min，枪位为1.6±0.1m，开始2～3min后加入造渣料25.0～30.0kg/t、脱磷剂20.0～25.0kg/t，炉渣碱度控制在2.0～2.5 之间；处理后的铁水重量百分比为：C ：2.8～3.5％ 、Mn ：0.20～0.25％ 、P ≤0.02％ 、S≤0.05％，其余为Fe 与不可避免的杂质，温度为1380～1470℃ 。
3.如权利要求2所述的含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是所述的脱碳、脱氮、还原处理是在AOD转炉中，侧顶复吹氧气脱碳，全程侧吹氩脱氮，分阶段脱碳，在吹炼过程中分批加入高碳铬铁和石灰，加入量为每吨钢液加高碳铬铁190～200kg，石灰70～80kg；当钢液碳含量小于0.003％时结束脱碳，然后加入5-6kg/t 铝块，10-11kg/t硅铁和2-3kg/t 萤石进行还原，还原5min 后测温和取样，待钢液成分的重量百分比达到要求后出钢。
4.如权利要求3所述的含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是AOD炉出钢前打开钢包底吹氩，对钢包进行清洗，清洗后将钢水在1740℃～1760℃时从AOD炉快速倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至700～900℃。
5.如权利要求3所述的含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是所述一次LF进站后，吹氩同时喂硅钙线进行钙处理， 喂硅钙线5.0～6.0米/吨钢,喂线速度2.0-3.5m/s。
6.如权利要求1所述的含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是所述步骤c钢包内炉渣较稀时，加适量石灰后继续扒渣。
7.如权利要求1所述的含钛铁素体不锈钢的冶炼方法，其特征是所述步骤e为连铸铸坯，连铸过热度35-45℃，拉速0.90～1.00m/min。
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