CN105821339B - 一种含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有稀土元素的钢材板坯的连铸生产方法，所述钢材包括按一定配比的Re、C、Si、Cr、Ni、N元素，余量为铁和不可避免的杂质；所述钢材的生产包括钢包炉精炼工序和连铸工序，其中，在所述钢包炉精炼工序中，钢水在稀土化合金前喂金属钙丝，然后在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，再次喂金属钙丝，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间以及钢渣界面的波动面积；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在35～65℃，连铸结晶器水口插入深度控制在100～135mm。与现有技术相比，本发明具有稀土收得率高、连铸坯表面和中心质量好等特点，能有效去除钢中夹杂物、稳定稀土收得率。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，属于钢材冶炼技术领域。
背景技术
稀土(Re)在钢中除脱氧、脱硫及控制硫化物形态外，有微合金化及弥散强化作用。可改善铸态组织、抑制晶粒长大，从而提高钢的冲击韧性、改善热塑性、抗氧化性等。稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、铅等低熔点杂质相互作用，可以形成高熔点化合物，抑制这些杂质在晶界上偏析。稀土元素熔点低，化学性质活泼，因此稀土量的控制尤为关键。
稀土与氧亲和力强，与熔渣或结晶器保护渣接触时，很容易与渣中SiO2发生还原反应，生成的稀土氧化物进入渣中，一方面降低了稀土合金的收得率，另一方面使渣性能发生变化。在炼钢连铸过程加稀土工艺中，分别试验过在连铸中间包、结晶器、钢包中喂稀土丝等的探索。连铸中间包喂稀土丝后生成的夹杂物，容易引发连铸结晶器水口结瘤。连铸结晶器内喂入稀土丝，稀土与保护渣发生化学反应产生稀土氧化物上浮到渣中，使保护渣性能发生变化，恶化了结晶器与铸坯间的润滑和传热条件，影响铸坯质量。连铸结晶器喂入的稀土丝，稀土元素会聚集在结晶器内的凝固坯壳层内形成稀土富集区，热轧后稀土富集区与铸坯变形不一致，引发表面龟裂。采用钢包精炼过程稀土合金化的问题是，如果稀土加入时机过早，稀土会形成大量的氧化物或硫化物等，稀土收得率低；如果加入时机过晚，稀土生成的夹杂难以上浮去除，在钢中分布不均匀。
采用板坯连铸生产含稀土钢主要问题过热度难控制、拉速较低，铸坯表面和中心质量差。钢水流动性较差，浇注温度过低时，导致结晶器水口冻钢、浇注中断，且不利于夹杂物上浮；浇注温度过高时，初生坯壳较薄、容易发生开裂，铸坯内部出现中心偏析与疏松。拉速、结晶器水口插入深度、二次冷却强度等参数控制均属难点；加之稀土合金化困难，均导致含稀土钢板坯连铸生产困难，难以实现多炉连浇。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，提高含稀土钢连铸坯质量。
一种含有稀土元素的钢材，其包括按重量百分数计的如下元素：
Re：0.02～0.15％，C：0.01～0.15％，Si：1.0～3.0％，Cr：15～25％，Ni：8～18％，N：0.1～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质，Re为稀土元素。
作为优选方案，所述Re指经熔盐电解制得的混合稀土金属，包括金属Ce、La、Pr、Nd、Y中的至少一种。
一种如本发明所述含有稀土元素的钢材的板坯连铸生产方法，包括钢包炉(LF)精炼工序和连铸工序，其中，在所述钢包炉精炼工序中，钢水在稀土化合金前喂金属钙丝，然后在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，再次喂金属钙丝，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为15～30min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在35～65℃，连铸结晶器水口插入深度控制在100～135mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下。
作为优选方案，所述钢包炉精炼工序中，在板坯厚度×板坯宽度为(100～200)mm×(600～1500)mm的断面，连铸拉速控制在0.40～1.50m/min。
作为优选方案，所述金属钙丝的喂入总量为0.2～0.7kg/t。
作为优选方案，所述连铸工序中，电磁搅拌电流为1200～2000A，轻压下压下量3～10mm。
作为优选方案，所述连铸结晶器水口插入深度控制在110～130mm。
作为优选方案，所述电磁搅拌电流为1200～1800A。
作为优选方案，所述轻压下压下量3～7mm。
本发明的技术方案机理及其限定原因如下：
本发明含稀土钢属耐热不锈钢的一种，故C控制在0.01～0.15％，Si控制在1.0～3.0％，Cr控制在15～25％，Ni控制在8～18％，N控制在0.1～0.3％。稀土Re过低，起不到耐热作用；含量过高，经济成本过高，且影响性能，故本发明稀土含量控制在0.02～0.15％。
如果稀土加入钢水前，没有喂Ca丝，稀土加入后会形成大量的氧化物或硫化物等夹杂物，稀土的收得率低；如果稀土加入钢水后不采用喂金属Ca丝进一步处理，稀土生成的夹杂物难以去除；LF精炼的弱氩气搅拌大于15min，保持钢渣界面的″开眼″尽可能小，钢渣界面的波动的面积小于40％，是为了保证稀土在钢中的分布均匀、且容易上浮；如果弱氩气搅拌时间大于30min，则影响生产周期、钢包内钢水温降过大。
如果连铸过程钢水的过热度低于35℃，钢液流动性差，容易导致结晶器水口冻钢、迫使浇注中断，且保护渣熔化效果不好；如果钢水过热度高于65℃，连铸结晶器内初生坯壳较薄、裂纹倾向性大，并造成凝固时间长、选分结晶充分，加剧铸坯偏析与疏松；故本发明中间包内钢液的过热度控制在35～65℃。
如果拉速高于1.50m/min，初生坯壳较薄，铸坯冷却不均匀，容易产生纵向裂纹、乃至漏钢；如果拉速低于0.50m/min，铸坯在结晶器内冷却时间过长，弯月面处钢水处于低温状态，保护渣熔化效果不好，容易引发纵裂，且影响连铸机总体生产能力；故本发明拉速控制在0.50～1.50m/min。
结晶器水口插入深度过浅的话，水口流股对钢渣界面的冲击较强，增加钢液与结晶器保护渣反应几率，同时增加弯月面卷渣概率；结晶器水口插入过深的话，铸坯易产生裂纹；故本发明设计的连铸结晶器水口插入深度控制在100～135mm。
为了改善对于连铸过程钢水高过热度可能引起的偏析与疏松，本发明增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下工艺。电磁搅拌电流强度低于1200A，轻压下压下量低于3mm，对于改善铸坯中心质量起不到效果；电磁搅拌电流强度高于2000A，结晶器液面波动较大、且铸坯易发生负偏析；轻压下的压下量大于10mm时，铸坯窄面易发生鼓肚、铸坯表面容易产生裂纹，故本发明控制电磁搅拌电流1200～2000A，轻压下的压下量3～10mm。
与现有技术相比，本发明开发的含稀土钢板坯连铸生产方法，具有稀土收得率高、连铸坯表面和中心质量好等特点，可以充分发挥LF钢包精炼和连铸生产的优势，能有效去除钢中夹杂物、稳定稀土收得率，对提高连铸坯质量也有利。本技术是实现含稀土钢板坯连铸生产和质量保证的关键技术。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例。
实施例1：
本实施例的钢材的元素配比及部分工艺参数如表1所示，Re：0.15％，C：0.01％，Si：1.0％，Cr：25％，Ni：9％，N：0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。稀土为RECe-48或RECe-45。
生产时，钢包炉精炼工序和连铸工序的主要操作同现有技术，不同的是，在所述钢包炉精炼工序中，在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，稀土加入前后喂Ca总量为0.7kg/t，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为30min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在65℃，连铸结晶器水口插入深度控制在135mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下，控制搅拌电流为1200～2000A，轻压下的压下量为3～10mm。
实施例2：
本实施例的钢材的元素配比及部分工艺参数如表1所示，Re：0.10％，C：0.10％，Si：1.5％，Cr：20％，Ni：11％，N：0.26％，余量为铁和不可避免的杂质。稀土为RECe-48或RECe-45。
生产时，钢包炉精炼工序和连铸工序的主要操作同现有技术，不同的是，在所述钢包炉精炼工序中，在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，稀土加入前后喂Ca总量为0.45kg/t，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为20min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在60℃，连铸结晶器水口插入深度控制在125mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下，控制搅拌电流为1200～2000A，轻压下的压下量为3～10mm。
实施例3：
本实施例的钢材的元素配比及部分工艺参数如表1所示，Re：0.08％，C：0.08％，Si：1.7％，Cr：22％，Ni：12％，N：0.20％，余量为铁和不可避免的杂质。稀土为RECe-48或RECe-45。
生产时，钢包炉精炼工序和连铸工序的主要操作同现有技术，不同的是，在所述钢包炉精炼工序中，在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，稀土加入前后喂Ca总量为0.35kg/t，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为25min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在40℃，连铸结晶器水口插入深度控制在115mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下，控制搅拌电流为1200～2000A，轻压下的压下量为3～10mm。
实施例4：
本实施例的钢材的元素配比及部分工艺参数如表1所示，Re：0.07％，C：0.09％，Si：1.9％，Cr：15％，Ni：13％，N：0.17％，余量为铁和不可避免的杂质。稀土为RECe-48或RECe-45。
生产时，钢包炉精炼工序和连铸工序的主要操作同现有技术，不同的是，在所述钢包炉精炼工序中，在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，稀土加入前后喂Ca总量为0.35kg/t，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为15min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在45℃，连铸结晶器水口插入深度控制在125mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下，控制搅拌电流为1200～2000A，轻压下的压下量为3～10mm。
实施例5：
本实施例的钢材的元素配比及部分工艺参数如表1所示，Re：0.05％，C：0.06％，Si：2.2％，Cr：23％，Ni：18％，N：0.10％，余量为铁和不可避免的杂质。稀土为RECe-48或RECe-45。
生产时，钢包炉精炼工序和连铸工序的主要操作同现有技术，不同的是，在所述钢包炉精炼工序中，在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，稀土加入前后喂Ca总量为0.30kg/t，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为15min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在50℃，连铸结晶器水口插入深度控制在100mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下，控制搅拌电流为1200～2000A，轻压下的压下量为3～10mm。
实施例6：
本实施例的钢材的元素配比及部分工艺参数如表1所示，Re：0.02％，C：0.15％，Si：3.0％，Cr：22％，Ni：14％，N：0.15％，余量为铁和不可避免的杂质。稀土为RECe-48或RECe-45。
生产时，钢包炉精炼工序和连铸工序的主要操作同现有技术，不同的是，在所述钢包炉精炼工序中，在喂稀土金属丝的同时迅速通过熔渣渣面，稀土加入前后喂Ca总量为0.20kg/t，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为20min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在50℃，连铸结晶器水口插入深度控制在110mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下，控制搅拌电流为1200～2000A，轻压下的压下量为3～10mm。
表1 本发明的实施效果
与现有技术相比，本发明开发的含稀土钢板坯连铸生产方法，具有稀土收得率高、连铸坯表面和中心质量好等特点，可以充分发挥LF钢包精炼和连铸生产的优势，能有效去除钢中夹杂物、稳定稀土收得率，对提高连铸坯质量也有利。本技术是实现含稀土钢板坯连铸生产和质量保证的关键技术。
本发明开发的含稀土钢及其板坯连铸生产方法，具有稳定提高稀土收得率优点，显著提高铸坯表面和中心质量，且能实现多炉连浇。对采用LF钢包精炼-连铸工艺流程实现含稀土钢生产和试验的企业开发稀土钢品种以及优化工艺很有推广应用价值，提高了产能，降低了生产成本，增强了企业的综合竞争力。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (7)
1.一种含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，所述含有稀土元素的钢材，其包括按重量百分数计的如下元素：Re：0.02～0.15％，C：0.01～0.15％，Si：1.0～3.0％，Cr：15～25％，Ni：8～18％，N：0.1～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质，Re为稀土元素；所述生产方法包括钢包炉精炼工序和连铸工序，其特征在于，在所述钢包炉精炼工序中，钢水在稀土化合金前喂金属钙丝，然后再喂稀土金属丝以6～8m/s通过熔渣渣面，再次喂金属钙丝，控制钢包炉精炼的弱搅拌时间为15～30min，钢渣界面的波动面积小于40％，稀土合金收得率控制在30～70％；在所述连铸工序中，中间包内钢液的过热度控制在35～65℃，连铸结晶器水口插入深度控制在100～135mm，增加二冷区电磁搅拌与动态轻压下压。
2.如权利要求1所述的含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述钢包炉精炼工序中，在板坯厚度×板坯宽度为(100～200)mm×(600～1500)mm的断面，连铸拉速控制在0.40～1.50m/min。
3.如权利要求1所述的含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述金属钙丝的喂入总量为0.2～0.7kg/t。
4.如权利要求1所述的含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，电磁搅拌电流为1200～2000A，轻压下压下量3～10mm。
5.如权利要求1所述的含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述连铸结晶器水口插入深度控制在110～130mm。
6.如权利要求4所述的含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述电磁搅拌电流为1200～1800A。
7.如权利要求4所述的含有稀土元素的钢材板坯连铸的生产方法，其特征在于，所述轻压下压下量3～7mm。
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