CN105506227A - 半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，属于轧辊制造技术领域。包括锻造半高速钢出钢至钢包精炼炉时，随钢流加入铝豆1.8～2.2kg/t，白灰4～6kg/t，轻烧白云石1～2kg/t，从而在钢包精炼炉内迅速形成初炼渣层；钢包精炼炉座包、送电后，向钢液中加入5～15kg/t萤石，并快速加入比例为2:1～4:1的碳化硅和碳粉进行钢液脱氧造渣，随后加入钢液粘碱度调节剂，使钢液形成四元碱度为2.0～3.0的五元泡沫渣系CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CaF2。本发明的五元泡沫渣系，能够有效的防止氮在半高速钢液和气相之间的传质，稳定地隔绝空气，减少吸气，从而减少半高速钢液中的氮，降低TiN或Ti(CN)夹杂形成的几率，提高半高速钢热轧铝工作辊产品疲劳寿命。

Description

半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，属于轧辊制造技术领域。
背景技术
电炉的冶炼中，总是力求造成泡沫渣，原因在于泡沫渣具有较高的反应能力，有利于加速炉内的化学反应，如氧化期的泡沫渣对去鳞、脱碳有利，还原期的泡沫渣对脱硫、脱氧有利；另外炉渣起泡沫后，电弧就容易稳定，而且可以在冒泡沫渣中埋弧燃烧，电弧的热量大部分用于加热钢水和炉渣，不会反射到炉体上去，因此泡沫渣对加热熔池，保护炉体很有利。
半高速钢热轧铝工作辊在精炼生产过程中，由于操作原因，不能形成良好的泡沫渣，由于泡沫渣少，氮以氮离子形式通过渣层由气相向钢液中传递，并直接进入钢液，往往造成钢液中的氮含量偏高，或冶炼渣系的不合理。钢液中的氮降低半高速钢的性能，如降低了钢的韧性及热应力区韧性，使钢材脆性增加、老化；另外进入钢液中的氮与钢液中的钛形成TiN或Ti(CN)夹杂，TiN或Ti(CN)使半高速钢产品的疲劳寿命大大降低。
要降低钢液中的TiN或Ti(CN)夹杂，一是降低钢液中的氮，二是降低钢液中的Ti，但是后者要将钢液中的Ti降到较低水平，付出的代价太大，原因在于钛在地壳中的含量相当大，丰度占第七位，有0.42％，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大，甚至比氯、磷都大，而且钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合，所以在目前的操作情作下，若要降低钢液中的Ti只能选用含Ti低的昂贵铁合金在精炼炉内加人才能达到目的，成本太高昂。
所以只能尽量降低钢液中的氮，由于半高速钢液中的氮为不饱和溶解状态，溶解量本身有限，而且氮也不同于氧或氢等元素可以通过真空精炼炉(VD)去除，所以想去除钢液中的氮也非常困难。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，可在钢液中形成一种五元渣系，能够有效的防止氮在半高速钢液和气相之间的传质，减少半高速钢液中的氮，减少TiN或Ti(CN)夹杂形成的几率，提高半高速钢热轧铝工作辊产品疲劳寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，锻造半高速钢出钢至钢包精炼炉时，随钢流加入铝豆1.8～2.2kg/t，白灰4～6kg/t，轻烧白云石1～2kg/t，从而在钢包精炼炉内迅速形成防止钢液面裸露并减少吸气的初炼渣层；在钢包精炼炉座包、送电后，向钢液中加入5～15kg/t萤石，并快速加入由碳化硅及碳粉组成的混合剂进行钢液脱氧造渣，混合剂添加量为2～3kg/t；随后加入钢液粘碱度调节剂，使钢液形成四元碱度为2.0～3.0的五元泡沫渣系CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CaF2。
本发明技术方案的进一步改进在于：混合剂中碳化硅及碳粉的比例为2:1～4:1。
本发明技术方案的进一步改进在于：钢液粘碱度调节剂为白灰。
本发明技术方案的进一步改进在于：铝豆、白灰、轻烧白云石、萤石的加入量分别为1.9～2.1kg/t、4.5～5.5kg/t、1.3～1.8kg/t、8～12kg/t。
本发明技术方案的进一步改进在于：铝豆的粒度为5～10目，白灰、轻烧白云石、萤石的粒度均为20～40目。
本发明技术方案的进一步改进在于：五元泡沫渣系的四元碱度为2.3～2.8。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
通过该五元泡沫渣系CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CaF2来形成一道屏蔽阻绝，稳定的隔绝空气，减少吸气；使钢液平衡系数变小，防止氮在半高速钢液和气相之间的传质，减少半高速钢液中的氮，减少TiN或Ti(CN)夹杂形成的几率，提高半高速钢热轧铝工作辊产品疲劳寿命。
五元泡沫渣系的四元碱度R4在2.0～3.0之间，该碱度要求适应脱硫操作需要，而且五元泡沫渣系的熔点较低(为1600～1700℃)，不影响半高速钢液的炼制，同时隔绝氮气效果较好。
5～15kg/t萤石用量不仅可以稀释该五元泡沫渣系，增强渣系的流动性，降低渣系熔点，而且对炉衬的损伤降到最低，有效保护炉衬，提高钢包精炼炉的使用寿命；碳化硅及碳粉组成的混合剂对钢液进行脱氧造渣，该混合剂添加量为2～3kg/t，混合剂中碳化硅及碳粉的比例为2:1～4:1，脱氧造渣效果好。
铝豆的粒度为5～10目，白灰、轻烧白云石、萤石的粒度均为20～40目，粒度太大溶解不佳，并容易形成块状集聚，影响半高速钢液质量，粒度太小对半高速钢液吸热量太大，能耗高，经济效果差。
使用粘碱度调节剂，用于及时调整半高速钢液的酸碱度和黏结度，从而使钢液符合炼制需求，粘碱度调节剂为白灰，取材容易，成本低廉，使用方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
一种半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，锻造半高速钢出钢至钢包精炼炉时，随钢流加入铝豆1.8kg/t，白灰4kg/t，轻烧白云石1kg/t，从而在钢包精炼炉内迅速形成防止钢液面裸露并减少吸气的初炼渣层；在钢包精炼炉座包、送电后，向钢液中加入5/t萤石，用以稀释炉渣并保护炉衬，接着快速加入由碳化硅及碳粉组成的混合剂进行钢液脱氧造渣，混合剂添加量为2kg/t，混合剂中碳化硅及碳粉的比例为2:1，随后加入由白灰做成的钢液粘碱度调节剂，用于调整钢液酸碱度和黏结度，从而使钢液符合炼钢需求，这样钢液中形成四元碱度R4＝(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)＝2.0的五元泡沫渣系CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CaF2，该五元泡沫渣系性能稳定，如同一道屏障，可隔绝空气、减少钢液吸气，R4＝2.0的碱度要求适应脱硫操作需要，隔绝氮气效果较好，并且五元泡沫渣系的熔点也低，不影响钢液的炼制。
其中铝豆的粒度为5～10目，白灰、轻烧白云石、萤石的粒度均为20～40目。白灰作用为防止钢液表面散热过多，熔化快，且容易成渣，从而提高了脱硫、脱磷效率；轻烧白云石：降低钢液温度，增加渣中氧化镁含量，提高溅渣护炉效果。溅渣的主要作用是通过溅渣形成的溅渣层耐腐蚀性较好，可抑制炉衬砖表面的氧化脱碳，又能减轻高温熔渣对炉衬砖的侵蚀冲刷，从而保护炉衬砖，提高炉衬的使用寿命。
萤石为稀释炉渣，能够在前期加速白灰的融化，降低炉渣的熔点，从而迅速的形成高碱度的炉渣，减少炉渣的返干，提高去除磷、硫的效率，提高炉渣的流动性，而且不降低炉渣的碱度。
在具体应用中，根据热力学原理计算，空气中的氮气与五元泡沫渣系组元之间的反应，以组元中的SiO2为例：
(SiO2)+N2(g)＝2(SiN)+O2(g)，根据吉布斯自由能计算，只有在氧气压PO2＜1.3×10-16Pθ下，空气中的氮才能与渣发生反应；
在钢液中[N]与五元泡沫渣系组元的反应，仍以组元中的Al2O3为例：
(SiO2)+[N]＝(SiN)+2O2，根据吉布斯自由能计算，只有在氧气压PO2＜7.8×10-17Pθ下，钢液中的氮才能与五元泡沫渣系发生反应。
首先该五元泡沫渣系如同一道门一般，将空气中的氮气隔绝，使空气中的氮气无法进入钢液中，形成氮气隔阻第一屏障；接着钢包精炼炉座包、送电过程中接近真空状态，氧气压PO2＜1.3×10-16Pθ，空气中的氮与五元泡沫渣系首先发生反应，形成氮气隔阻第二屏障；最后由于钢液进行脱氧造渣，钢液中的氧气压PO2＜7.8×10-17Pθ，使钢液中不可避免带有的一部分氮与五元泡沫渣系发生反应，形成氮气隔阻第三屏障，从而最终降低钢液中的氮含量。
根据热力学原理计算，氮在该五元泡沫渣系中的溶解量很低，因此该渣层能够有效的防止氮在钢液和气相间的传质，有效的防止钢液吸氮，而常规的渣层都无法避免氮在钢液和气相间的传质。使用该五元泡沫渣系后，氮的控制较前期未使用该五元泡沫渣系的钢液降低了30～50％，降至40ppm，降氮效果十分显著。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为：其中的铝豆、白灰、轻烧白云石、萤石的加入量分别为2.2kg/t、6kg/t、2kg/t、15kg/t，五元泡沫渣系的四元碱度为3，碳化硅及碳粉组成的混合剂添加量为3kg/t，混合剂中碳化硅及碳粉的比例为4:1。
实施例3
本实施例与实施例1的区别为：其中的铝豆、白灰、轻烧白云石、萤石的加入量分别为1.9kg/t、4.5kg/t、1.3kg/t、8kg/t，五元泡沫渣系的四元碱度为2.3，碳化硅及碳粉组成的混合剂添加量为2.5kg/t，混合剂中碳化硅及碳粉的比例为3:1。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为：其中的铝豆、白灰、轻烧白云石、萤石的加入量分别为2.1kg/t、5.5kg/t、1.8kg/t、12kg/t，五元泡沫渣系的四元碱度为2.8，碳化硅及碳粉组成的混合剂添加量为3.5kg/t，混合剂中碳化硅及碳粉的比例为3.5:1。

Claims (6)

1.一种半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，其特征在于：锻造半高速钢出钢至钢包精炼炉时，随钢流加入铝豆1.8～2.2kg/t，白灰4～6kg/t，轻烧白云石1～2kg/t，从而在钢包精炼炉内迅速形成防止钢液面裸露并减少吸气的初炼渣层；在钢包精炼炉座包、送电后，向钢液中加入5～15kg/t萤石，并快速加入由碳化硅及碳粉组成的混合剂进行钢液脱氧造渣，混合剂添加量为2～3kg/t；随后加入钢液粘碱度调节剂，使钢液形成四元碱度为2.0～3.0的五元泡沫渣系CaO-MgO-SiO2-Al2O3-CaF2。
2.根据权利要求1所述的半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，其特征在于：混合剂中碳化硅及碳粉的比例为2:1～4:1。
3.根据权利要求1所述的半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，其特征在于：钢液粘碱度调节剂为白灰。
4.根据权利要求1～3任一项所述的半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，其特征在于：铝豆、白灰、轻烧白云石、萤石的加入量分别为1.9～2.1kg/t、4.5～5.5kg/t、1.3～1.8kg/t、8～12kg/t。
5.根据权利要求1～3任一项所述的半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，其特征在于：铝豆的粒度为5～10目，白灰、轻烧白云石、萤石的粒度均为20～40目。
6.根据权利要求1～3任一项所述的半高速钢热轧铝工作辊的冶炼方法，其特征在于：五元泡沫渣系的四元碱度为2.3～2.8。
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