CN104073591B - 一种包芯线和钢液钛合金化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包芯线和对钢液钛合金化的方法，该包芯线包括芯层和包裹所述芯层的外层，其中，所述芯层50-99重量％的钛铁合金、0.1-45重量％的铝粉、0.5-20重量％的硅钙钡合金和0.1-20重量％的硼铁。本发明的包芯线无论是用在LF还是在RH精炼中对钢液钛合金化，均使得钛的收得率可达到80％以上，且各类夹杂物评级≤2.0级。

Description

一种包芯线和钢液钛合金化的方法

技术领域

本发明涉及一种包芯线和使用该包芯线进行钢液钛合金化的方法。

背景技术

钛是钢中的强脱氧剂，其能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，并能降低钢的时效敏感性和冷脆性，从而改善钢的焊接性能。在炼钢生产过程中，钛能有效提高连铸坯塑性，在生产管坯钢、裂纹敏感钢种时，往往添加一定量钛以避免产品的缺陷。

目前，大多厂家对钢的钛合金化是直接将钛铁合金以块状形态加入到钢液实现的，但该方法使钛的回收率较低，造成合金的损失。一般情况下，LF加入钛铁后钛的收得率不到70％，RH精炼加入钛铁后钛的收得率不到75％。

CN202401117U公开了一种包芯线，该包芯线的芯层为钛硅合金层，在该钛硅合金层和钢皮层之间由内到外依次包裹有网状支撑层和氮化钒合金层。通过喂线机将该包芯线喂入钢液深处，可使钛的回收率稳定控制在75％以上，同时还能对钢液进行钒的合金化。

CN101260486A公开了一种低氮、低铝钛铁及其制造方法和包芯线，所述低氮、低铝钛铁为70Fe-Ti合金，其中含有氮、铝、硅、碳、磷和硫等杂质元素。所公开的包芯线的芯层由该低氮、低铝钛铁制成，包裹所述芯层的外壳由钢带制成。该包芯线能穿过渣面直接喂入钢液中，芯层的损失量较小，使钛铁合金利用率比钛铁块的高。

由此可见，对钢进行钛的合金化时，采用含有钛铁合金的包芯线较钛铁块具有更高的钛回收率。然而，作为芯层的钛铁合金进入钢液中仍存在易熔解并氧化的缺陷，所以钛的收得率有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中对钢液钛合金化后，钛收得率较低的缺陷，从而提供一种包芯线和使用该包芯线进行钢液钛合金化的方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种包芯线，该包芯线包括芯层和包裹所述芯层的外层，其中，所述芯层含有50-99重量％的钛铁合金、0.1-45重量％的铝粉、0.1-20重量％的硅钙钡合金和0.1-20重量％的硼铁。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种对钢液钛合金化的方法，该方法包括：在LF出站前或RH出站前，首先对钢包内的钢液进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露的钢液面的直径不大于30厘米，然后通过所述裸露的钢液面向钢包中喂入本发明的包芯线。

由于含有硅钙钡合金和硼铁，本发明的包芯线无论是用在LF还是在RH精炼中对钢液钛合金化，均使得钛的收得率可达到80％以上，而且也保证了钢液具有较高的清洁度。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的包芯线的横截面剖视图。

附图标记说明

1芯层2外层

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明提供了一种包芯线，该包芯线包括：芯层1和包裹所述芯层1的外层2，其中，所述芯层1含有钛铁合金、铝粉、硅钙钡合金和硼铁。

所述包芯线中的钛铁合金用于对钢液进行钛的合金化，为了保证钛合金化后的钢液的质量，优选所述钛铁合金中钛的含量为60-80重量％，铁的含量为20-40重量％。

从原料易得的角度出发，所述钛铁合金进一步优选为70钛铁，即，所述钛铁合金中，钛的含量为65-75重量％，铁的含量为25-35重量％。

优选地，所述硅钙钡合金中，硅的含量为45-70重量％，钙的含量为12-30重量％，钡的含量为5-25重量％。

优选地，所述硼铁为FeB23C0.05，即，所述硼铁中，硼的含量为20-25重量％，C≤0.05重量％，其余为铁和不可避免的杂质。

根据本发明的包芯线，为了防止所述钛铁合金中的钛被钢液氧化从而影响到所述钛铁合金的使用性能，所述芯层中也含有铝粉、硅钙钡合金和硼铁；另外，所述硅钙钡合金、硼铁与钢液和钢渣反应的产物可以容易地从钢液中析出到钢包渣面，从而提高钢液的清洁度。

具体地，所述芯层含有50-99重量％的钛铁合金、0.1-45重量％的铝粉、0.5-20重量％的硅钙钡合金和0.1-20重量％的硼铁。

根据本发明的包芯线，优选所述芯层含有60-85重量％的钛铁合金、5-20重量％的铝粉、1-10重量％的硅钙钡合金和1-15重量％的硼铁，这样不仅能使钢液具有较高的钛的收得率，还能进一步提高所述钢液的清洁度。

本发明中，所述钛铁合金、铝粉、硅钙钡合金和硼铁为本领域常规的金属冶炼辅料，因此，均可以含有不可避免的杂质。由于不可避免的杂质相对主要组分的含量非常小，在此忽略不计。

根据本发明的包芯线，为了便于所述包芯线中的芯层快速熔入钢液内，也便于包芯线的芯层的制作，同时为了提高钛的收得率，优选所述钛铁合金、硅钙钡合金、硼铁均以粉料形式存在。

根据本发明的一种实施方式，所述钛铁合金、铝粉、硅钙钡合金和硼铁的粒径均优选为1-3毫米。

根据本发明的包芯线，所述外层可以为钢皮。优选地，所述外层为由低碳钢制成的钢皮，以使所述外层具有较高的熔点，这样可以进一步避免将包芯线喂入钢液后外层熔解过快而影响所述钛铁合金的使用性能。优选所述外层的厚度为2-5毫米。

根据本发明中所述外层的厚度，优选所述低碳钢为低碳冷轧带钢。

所述包芯线的直径可以根据喂丝机的要求进行选择，根据本发明，优选包芯线的直径为10-20毫米。

根据本发明的包芯线的线重可以为100-300克/米。

具有本发明前述组成的包芯线均可实现本发明的目的，其制备方法可以为本领域的常规选择，例如可以按如下步骤进行：

首先将钛铁合金、硅钙钡合金、硼铁分别依次经鄂式破碎机、双辊机破碎和筛制成粉料，然后与铝粉混合均匀，形成芯粉，再使用钢皮(从而形成本发明所述外层)包裹该芯粉，最后使用精整模轧实并精整成具有一定尺寸的圆柱线，即，得到包芯线。

本发明还提供了一种对钢液钛合金化的方法，该方法包括：在LF出站前或RH出站前，首先对钢包内的钢液进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露的钢液面的直径不大于30厘米，然后通过所述裸露的钢液面向钢包中喂入上述的包芯线。

一般地，所述钢包渣面裸露的钢液面的直径为待喂入的包芯线的直径的10-20倍。

所述钢液可以为LF精炼出站之前的钢液，也可以为RH真空处理出站之前的钢液。一般地，经LF出站之前或RH精炼出站之前的钢液的温度可以为1500-1650℃，该温度足以熔化本发明的包芯线。为了进一步提高钛的收得率，经LF精炼出站之前或RH真空处理出站之前的钢液的温度优选为1580-1620℃

由于本发明提供的对钢液钛合金化的方法主要改进点在于在LF出站前或RH出站前，通过钢包渣面裸露的钢液面加入本发明的包芯线，因此对钢的LF精炼或RH真空处理的具体步骤均可以参照现有技术进行，本发明在此不再赘述。

根据本发明，当钢包渣面裸露的钢液面的直径大于30厘米时，所述钢液的氧化会引起喂入的包芯线中芯层的分布和化学组成的变化，致使钛的收得率降低。

根据本发明，可以通过双线喂线机以单线或双线方式向钢液中喂入所述的包芯线。

根据本发明，相对于100-150吨的钢液，喂入所述包芯线的速度优选为2-4米/秒，这样可以进一步避免所述包芯线被钢液面的钢液氧化或卷在所述钢液面上。

更优选地，相对于100-150吨的钢液，喂入所述包芯线的速度为2.8-3.2米/秒。

在本发明中，相对于100-150吨的钢液，所述包芯线的喂入长度可以为500-1500米。

为了使所述包芯线中的芯层能均匀分布在所述钢液中，同时为了避免所述钢液的氧化，喂入所述包芯线后，所述方法优选还包括：将氩气流量降低到使钢包渣面微动但不裸露钢液面，并保持所述微动的时间为5-10分钟。

更优选地，保持所述微动的时间为6-8分钟，这样一方面可以使所述钢液充分的进行钛合金化，另一方面可以进一步避免所述钛与钢液中的成分形成夹杂物。

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，但并不能因此限制本发明的范围。

以下实施例和对比例中，钛铁合金为产自攀枝花钢城集团有限公司的70钛铁；硅钙钡合金购自攀枝花钢城集团有限公司，牌号为FeBa10Ca15Si45；硼铁为产自辽阳铁合金厂的FeB23C0.05。

在制备包芯线之前，将70钛铁、硅钙钡合金、硼铁分别依次经鄂式破碎机、双辊机破碎和筛分工序制成1-3毫米的钛铁合金粉料，铝粉的粒径为1-3毫米。LF或RH炉真空精炼的钢种均为齿轮钢20CrMnTi。

钛的收得率是通过测定钢液喂入包芯线前、后的钛含量，再结合喂入的包芯线中的总钛量，通过计算得到，具体为：钛收得率＝(钢液喂入包芯线后的钛含量-钢液喂入包芯线前的钛含量)×出钢量/喂入包芯线中的总钛量。

使用LECOTC-600氧氮分析仪测试钢中的氧含量；根据GB/T10561-2005的方法评价钢中的夹杂物评级。

实施例1-5

实施例1-5用于说明本发明的包芯线及其制备方法。

实施例1-5分别制得包芯线A1-A5，其中，包芯线A1-A5的制备过程为：将钛铁合金、硅钙钡合金、硼铁粉料与铝粉以不同的质量比混合均匀，形成芯粉，再使用2mm厚的冷轧带钢(购自攀钢集团攀枝花钢钒有限公司，牌号DTLA)包裹该芯粉，用精整模轧实并精整成直径为12mm的圆柱线，从而制得包芯线A1-A5。包芯线A1-A5的芯层组成及线重如表1所示。

对比例1-3

采用实施例1-5的制备过程制得包芯线D1-D3，包芯线D1-D3的芯层组成及其线重如表1所示。

表1

实施例6

本实施例用于说明本发明的对钢液钛合金化的方法。

将120吨的钢液经RH炉真空处理出站之前(此时钢液的温度为1590℃)，对钢包进行底吹氩气，使钢包渣面裸露的钢液面直径为20cm，将包芯线A1用喂线机以双线方式从裸露的钢液面处喂入钢包内。喂线速度为3.0m/s，喂线的长度为1000m。喂线完成后，将氩气流量降低，控制到钢包渣面微动且不裸露钢液面，保证渣面微动时间8min。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0015％，各类夹杂物评级≤1.5级，符合齿轮钢20CrMnTi的要求，钛的收得率达到85％。

对比例4

采用与实施例6相同的方法对经RH炉真空处理出站之前的120吨的钢液(此时钢液的温度为1578℃)进行钛合金化处理，所不同的是，采用包芯线D1代替实施例6中的包芯线A1。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0021％，各类夹杂物评级≤2.5级，不符合齿轮钢20CrMnTi的夹杂物和T[O]要求，钛的收得率为76％。

对比例5

采用与实施例6相同的方法对经RH炉真空处理出站之前的120吨的钢液(此时钢液的温度为1585℃)进行钛合金化处理，所不同的是，采用包芯线D2代替实施例6中的包芯线A1。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0022％，各类夹杂物评级≤2.5级，不符合齿轮钢20CrMnTi的夹杂物和T[O]要求，钛的收得率为77％。

对比例6

采用与实施例6相同的方法对经RH炉真空处理出站之前的120吨的钢液(此时钢液的温度为1595℃)进行钛合金化处理，所不同的是，采用包芯线D3代替实施例6中的包芯线A1。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0023％，各类夹杂物评级≤2.5级，不符合齿轮钢20CrMnTi的夹杂物和T[O]要求，钛的收得率为78％。

对比例7

将120吨的钢液经RH炉真空处理出站之前(此时钢液的温度为1595℃)，对钢包进行底吹氩气，使钢包渣面裸露的钢液面直径为50cm，将包芯线A1用喂线机以双线方式从裸露的钢液面处喂入钢包内。喂线速度为3.0m/s，喂线的长度为1200m。喂线完成后，将氩气流量降低，控制到钢包渣面微动且不裸露钢液面，保证渣面微动时间8min。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0019％，各类夹杂物评级≤2.0级，符合齿轮钢20CrMnTi的要求，钛的收得率为67％。

实施例7

本实施例用于说明本发明的对钢液钛合金化的方法。

将120吨的钢液在LF炉精炼处理出站之前(此时钢液温度为1587℃)，对钢包进行底吹氩气，使钢包渣面裸露的钢液面直径为30cm。将包芯线A2用喂线机以双线方式从裸露的钢液面处喂入钢包内。喂线速度为3.2m/s，喂线的长度为1000m。喂线完成后，将氩气流量降低，控制到钢包渣面微动且不裸露钢液面，保证渣面微动时间6min。对LF出站钢样检测，T[O]为0.0016％，各类夹杂物评级≤1.5级，符合齿轮钢20CrMnTi的要求，钛的收得率达到84％。

实施例8

本实施例用于说明本发明的对钢液钛合金化的方法。

将120吨的钢液经LF炉处理出站之前(此时钢液的温度为1600℃)，对钢包进行底吹氩气，使钢包渣面裸露的钢液面直径为25cm，将包芯线A3用喂线机以双线方式从裸露的钢液面处喂入钢包内。喂线速度为2.8m/s，喂线的长度为1200m。喂线完成后，将氩气流量降低，控制到钢包渣面微动且不裸露钢液面，保证渣面微动时间8min。对LF出站钢样检测，T[O]为0.0017％，各类夹杂物评级≤1.5级，符合齿轮钢20CrMnTi的要求，钛的收得率达到83％。

实施例9

本实施例用于说明本发明的对钢液钛合金化的方法。

采用与实施例6相同的方法对经RH炉真空处理出站之前的120吨的钢液(此时钢液的温度为1580℃)进行钛合金化处理，所不同的是，用包芯线A4代替实施例6中的包芯线A1。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0018％，各类夹杂物评级≤2.0级，符合齿轮钢20CrMnTi的要求，钛的收得率为81％。

实施例10

本实施例用于说明本发明的对钢液钛合金化的方法。

采用与实施例6相同的方法对经RH炉真空处理出站之前的120吨的钢液(此时钢液的温度为1575℃)进行钛合金化处理，所不同的是，用包芯线A5代替实施例6中的包芯线A1。对RH出站钢样检测，T[O]为0.0017％，各类夹杂物评级≤2.0级，符合齿轮钢20CrMnTi的要求，钛的收得率为81％。

由以上实施例和对比例可以看出，在钢液LF出站或RH出站之前，通过加入本发明的包芯线并通过控制钛合金化的工艺，可以使钛的收得率达到80％以上，且钢液中的夹杂物含量较小，具有较高的清洁度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种对钢液钛合金化的方法，该方法包括：在LF出站前或RH出站前，首先对钢包内的钢液进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露的钢液面的直径不大于30厘米，然后通过所述裸露的钢液面向钢包中喂入包芯线，该包芯线包括芯层和包裹所述芯层的外层，其中，所述芯层含有50-99重量％的钛铁合金、0.1-45重量％的铝粉、0.1-20重量％的硅钙钡合金和0.1-20重量％的硼铁。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钛铁合金中，钛的含量为60-80重量％，铁的含量为20-40重量％。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述钛铁合金为70钛铁。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅钙钡合金中，硅的含量为45-70重量％，钙的含量为12-30重量％，钡的含量为5-25重量％；所述硼铁为FeB23C0.05。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钛铁合金、硅钙钡合金、硼铁均以粉料形式存在；所述钛铁合金、铝粉、硅钙钡合金和硼铁的粒径均为1-3毫米。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外层为由低碳钢制成的钢皮，所述外层的厚度为2-5毫米。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述包芯线的直径为10-20毫米。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述钢包渣面裸露的钢液面的直径为待喂入的包芯线的直径的10-20倍。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，相对于100-150吨的钢液，喂入所述包芯线的速度为2-4米/秒。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，相对于100-150吨的钢液，喂入所述包芯线的速度为2.8-3.2米/秒。

11.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，喂入所述包芯线后，所述方法还包括，将氩气流量降低到使钢包渣面微动但不裸露钢液面，并保持所述微动时间5-10分钟。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，保持所述微动时间6-8分钟。