CN106591681B - 高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法 - Google Patents

高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法，其包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、连铸和电渣重熔工序；所述铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分要求：Si≤0.015wt％、P≤0.010wt％、S≤0.010wt％，温度为1300℃。采用本方法生产的Cr≥4.9wt％、Mo≥1.20wt％、V≥0.90wt％的热作模具用电渣钢钢锭在不增加投资的前提条件下，使用Ti含量较高的合金，并利用现有的铁水预处理装备、转炉、LF、RH以及气氛保护抽锭是电渣炉等装备探索出生产T[O]≤10ppm、P≤70ppm、Ti≤30ppm的超低氧、低磷、低钛热作模具钢的新工艺，该工艺质量稳定性好、达到同类产品的领先水平，具有广泛的推广前景。

Description

高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法
技术领域
本发明涉及一种电渣钢的生产方法，尤其是一种高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法。
背景技术
热作模具钢（以H13为例）中夹杂物、碳化物以及P、Ti含量是降低热压铸模、挤压模和热锻模寿命的最主要的因素。因此，最大限度的去除钢中夹杂物、减轻碳化物、并降低P、Ti含量是提高热作模具寿命的有效途径。而钢中的氧含量和Ti能直接反映氧化物夹杂和Ti类夹杂的多少，同时夹杂物又是促进碳化物形成的条件之一，另外P是正偏析元素，在凝固过程中容易在晶界析出，降低晶界强度，所以必须将钢中的氧含量、Ti和P控制在很低的水平。目前国内一般采用“废钢+电炉/中频炉+LF+VD+模铸+非气氛保护电渣炉”生产的热作模具钢H13中的氧含量一般控制在15ppm左右、P≥0.010％、Ti≥50ppm，相应锻制产品的冲击功等指标较低，难以满足高端用户需求，以至国内大量高端模具钢依赖进口材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低氧、低磷、低钛的高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、连铸和电渣重熔工序；所述铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分要求：Si≤0.015wt％、P≤0.010wt％、S≤0.010wt％，温度为1260～1320℃；
所述转炉冶炼工序：加入石灰、萤石、镁球再添加硅石造R＝3.5～4.5的脱磷渣，在1380～1420℃时进行扒渣处理；P达到0.0050％及以下；二次造R=3.5～4.5的高碱度渣，并采用高拉补吹操作，终点C≤0.04wt％、P≤0.0020wt％；
所述LF精炼工序：先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.2～1.8造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作；当成分调整到符合要求、Ti≤25ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露；二次造渣，碱度按照3.0～4.0控制，进行造白渣操作，并保证（FeO）+（MnO）不大于0.5wt％；
所述RH真空脱气工序：真空度不大于120Pa，溶解氧不大于5ppm；
所述连铸工序：将增氮量控制在5ppm及以内；中包温度为1503～1530℃，拉速0.53～0.56m/min；
所述电渣重熔工序：采用的渣系主要成分的重量配比为：CaF2 53～58%、Al2O3 18～23％、CaO 13～17%、SiO2≤5%；烘烤温度≥800℃条件下保温时间不小于10h；保护罩内氧含量不大于100ppm；熔速为400～430kg/h。
本发明所述转炉冶炼工序中，加入石灰40～50kg/t钢水、萤石6～9kg/t钢水、镁球4～6kg/t钢水和硅石7～9kg/t钢水造脱磷渣。
本发明所述转炉冶炼工序中，出钢时采用双挡出钢、剩钢操作，并快速抬炉。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用常规炼钢装备生产出质量稳定的低氧、低磷、低钛的连铸电极坯料，并采用气氛保护抽锭式电渣炉生产出质量稳定、纯净速高的电渣钢锭，为下游用户提供优质的电渣锭，解决技术背景中存在的大批高端模具材料依靠进口的问题。
采用本发明生产的Cr≥4.9wt％、Mo≥1.20wt％、V≥0.90wt％的热作模具用电渣钢钢锭在不增加投资的前提条件下，使用Ti含量较高的合金，并利用现有的铁水预处理装备、转炉、LF、RH以及气氛保护抽锭是电渣炉等装备探索出生产T[O]≤10ppm、P≤70ppm、Ti≤30ppm的超低氧、低磷、低钛热作模具钢的新工艺，该工艺质量稳定性好、达到同类产品的领先水平，具有广泛的推广前景。
具体实施方式
本高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、连铸和电渣重熔工序；各工序的工艺过程为：
（1）铁水预处理工序：铁水三脱后，铁水终点成分达到（wt）：Si≤0.015％、P≤0.010％、S≤0.010％，温度为1260～1320℃℃。
（2）转炉冶炼工序：A、在三脱铁水的基础上通过加入石灰、萤石、镁球再添加硅石；其中石灰40～50kg/t钢水、萤石6～9kg/t钢水、镁球4～6kg/t钢水和硅石7～9kg/t钢水，造大渣量、高碱度的脱磷渣，R＝3.5～4.5，在1380～1420℃进行扒渣处理；以使铁水中P达到0.0050wt％及以下。
B、二次造高碱度渣，R=3.5～4.5，并采用高拉补吹操作，终点C≤0.04wt％、P≤0.0020wt％。
C、采用双挡出钢、剩钢操作、快速抬炉以避免下渣回磷。
（3）LF精炼工序：A、先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.2～1.8造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作，要求炉渣呈浅色玻璃状。
B、当成分调整到符合要求、Ti≤25ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露。
C、二次造渣，碱度按照3.0～4.0控制，进行造白渣操作，并保证（FeO）+（MnO）不大于0.5wt％，以保证脱氧去夹杂效果。
（4）RH真空脱气工序：保证真空度不大于120Pa，且纯脱气时间不小于10min，溶解氧不大于5ppm。
（5）连铸工序：A、中间包氩气置换时间不小于5min，将增氮量控制在5ppm及以内。
B、中包温度为1503～1530℃，拉速0.53～0.56m/min。
（6）电渣重熔工序：A、采用的渣系主要成分（重量）：CaF2 53～58%、Al2O3 18～23％、CaO 13～17%、SiO2≤5%。
B、自耗电极进行抛丸处理，表面无氧化皮，呈现银灰色金属光泽。
C、烘烤温度≥800℃条件下保温时间不小于10h。
D、保护罩内氧含量不大于100ppm。
E、恒熔速全自动操作，设定熔速为400～430kg/h。
实施例1：本高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法如下所述。
（1）铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分：Si 0.012wt％、P 0.006wt％、S0.010wt％，温度为1280℃。
（2）转炉冶炼工序：加入石灰45kg/t钢水、萤石9kg/t钢水、镁球4kg/t钢水和硅石8kg/t钢水造脱磷渣R＝3.9，在1403℃时进行扒渣处理，P含量0.0034％；二次造高碱度渣R=4.2，并采用高拉补吹操作，终点C 0.04wt％、P 0.0011wt％；出钢时采用双挡出钢、剩钢操作，并快速抬炉。
（3）LF精炼工序：先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.5造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作；当成分调整到符合要求、Ti=18ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露；二次造渣，碱度按照3.5控制，进行造白渣操作，（FeO）+（MnO）=0.3wt％。
（4）RH真空脱气工序：真空度110Pa、纯脱气时间14min，溶解氧5ppm。
（5）连铸工序：中间包氩气置换时间7min，增氮量控制在4ppm；中包温度为1522℃，拉速0.53m/min。
（6）电渣重熔工序：采用的渣系主要成分的重量配比为：CaF2 53%、Al2O3 20％、CaO17%、SiO2 4%；烘烤温度820℃保温时间12h；保护罩内氧含量80ppm；熔速为420kg/h。
本实施例生产的模具钢H13电渣锭再后续通过在1230～1300℃之间保温时间不小于12h，然后进行等向锻造成Φ220mm锻制圆钢，主要指标如下：T[O]＝8ppm、Ti＝24ppm、P＝65ppm；V型缺口冲击功达到24J（北美压铸协会高级优质为不小于13.6J）、横纵比达到0.9以上；夹杂物检验结果见表1。
表1：夹杂物检验结果
实施例2：本高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法如下所述。
（1）铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分：Si 0.015wt％、P 0.008wt％、S0.006wt％，温度为1320℃。
（2）转炉冶炼工序：加入加入石灰40kg/t钢水、萤石8kg/t钢水、镁球5kg/t钢水和硅石7kg/t钢水造脱磷渣R＝4.2，在1420℃时进行扒渣处理，P含量0.0041％；二次造高碱度渣R=3.5，并采用高拉补吹操作，终点C 0.03wt％、P 0.0017wt％；出钢时采用双挡出钢、剩钢操作，并快速抬炉。
（3）LF精炼工序：先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.8造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作；当成分调整到符合要求、Ti=22ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露；二次造渣，碱度按照3.7控制，进行造白渣操作，（FeO）+（MnO）=0.5wt％。
（4）RH真空脱气工序：真空度105Pa、纯脱气时间16min，溶解氧3ppm。
（5）连铸工序：中间包氩气置换时间6min，增氮量控制在5ppm；中包温度为1503℃，拉速0.55m/min。
（6）电渣重熔工序：采用的渣系主要成分的重量配比为：CaF2 58%、Al2O3 21％、CaO13%、SiO2 3%；烘烤温度810℃保温时间15h；保护罩内氧含量90ppm；熔速为400kg/h。
本实施例生产的模具钢H13电渣锭制成Φ220mm锻制圆钢，主要指标如下：T[O]＝8ppm、Ti＝24ppm、P＝65ppm；V型缺口冲击功达到24J、横纵比达到0.9以上；夹杂物检验结果见表2。
表2：夹杂物检验结果
实施例3：本高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法如下所述。
（1）铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分：Si 0.008wt％、P 0.007wt％、S0.008wt％，温度为1300℃。
（2）转炉冶炼工序：加入加入石灰42kg/t钢水、萤石6kg/t钢水、镁球5kg/t钢水和硅石9kg/t钢水造脱磷渣R＝3.5，在1390℃时进行扒渣处理，P含量0.0032％；二次造高碱度渣R=4.0，并采用高拉补吹操作，终点C 0.02wt％、P 0.0014wt％；出钢时采用双挡出钢、剩钢操作，并快速抬炉。
（3）LF精炼工序：先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.2造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作；当成分调整到符合要求、Ti=25ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露；二次造渣，碱度按照4.0控制，进行造白渣操作，（FeO）+（MnO）=0.3wt％。
（4）RH真空脱气工序：真空度100Pa、纯脱气时间10min，溶解氧2ppm。
（5）连铸工序：中间包氩气置换时间5min，增氮量控制在4ppm；中包温度为1517℃，拉速0.56m/min。
（6）电渣重熔工序：采用的渣系主要成分的重量配比为：CaF2 55%、Al2O3 23％、CaO15%、SiO2 4%；烘烤温度828℃保温时间13h；保护罩内氧含量100ppm；熔速为430kg/h。
本实施例生产的模具钢H13电渣锭制成Φ220mm锻制圆钢，主要指标如下：T[O]＝8ppm、Ti＝24ppm、P＝65ppm；V型缺口冲击功达到24J、横纵比达到0.9以上；夹杂物检验结果见表3。
表3：夹杂物检验结果
实施例4：本高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法如下所述。
（1）铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分：Si 0.011wt％、P 0.010wt％、S0.009wt％，温度为1260℃。
（2）转炉冶炼工序：加入加入石灰50kg/t钢水、萤石7kg/t钢水、镁球6kg/t钢水和硅石8kg/t钢水造脱磷渣R＝4.5，在1380℃时进行扒渣处理，P含量0.0050％；二次造高碱度渣R=4.5，并采用高拉补吹操作，终点C 0.03wt％、P 0.0020wt％；出钢时采用双挡出钢、剩钢操作，并快速抬炉。
（3）LF精炼工序：先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.6造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作；当成分调整到符合要求、Ti=21ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露；二次造渣，碱度按照3.0控制，进行造白渣操作，（FeO）+（MnO）=0.4wt％。
（4）RH真空脱气工序：真空度120Pa、纯脱气时间12min，溶解氧4ppm。
（5）连铸工序：中间包氩气置换时间8min，增氮量控制在2ppm；中包温度为1530℃，拉速0.54m/min。
（6）电渣重熔工序：采用的渣系主要成分的重量配比为：CaF2 56%、Al2O3 18％、CaO14%、SiO2 4%；烘烤温度800℃保温时间16h；保护罩内氧含量85ppm；熔速为410kg/h。
本实施例生产的模具钢H13电渣锭制成Φ220mm锻制圆钢，主要指标如下：T[O]＝8ppm、Ti＝24ppm、P＝65ppm；V型缺口冲击功达到24J、横纵比达到0.9以上；夹杂物检验结果见表4。
表4：夹杂物检验结果

Claims (3)

1.一种高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法，其特征在于：其包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气、连铸和电渣重熔工序；所述铁水预处理工序：铁水经三脱后，终点成分要求：Si≤0.015wt％、P≤0.010wt％、S≤0.010wt％，温度为1260～1320℃；
所述转炉冶炼工序：加入石灰、萤石、镁球再添加硅石造R＝3.5～4.5的脱磷渣，在1380～1420℃时进行扒渣处理；P达到0.0050％及以下；二次造R=3.5～4.5的高碱度渣，并采用高拉补吹操作，终点C≤0.04wt％、P≤0.0020wt％；
所述LF精炼工序：先升温、配加合金调整成分同时按碱度为1.2～1.8造精炼渣，过程中使用硅铁粉、碳化钙和铝粒进行造白渣操作；当成分调整到符合要求、Ti≤25ppm时，进行扒渣操作，要求3/4以上钢液面裸露；二次造渣，碱度按照3.0～4.0控制，进行造白渣操作，并保证（FeO）+（MnO）不大于0.5wt％；
所述RH真空脱气工序：真空度不大于120Pa，溶解氧不大于5ppm；
所述连铸工序：将增氮量控制在5ppm及以内；中包温度为1503～1530℃，拉速0.53～0.56m/min；
所述电渣重熔工序：采用的渣系主要成分的重量配比为：CaF2 53～58%、Al2O3 18～23％、CaO 13～17%、SiO2≤5%；烘烤温度≥800℃条件下保温时间不小于10h；保护罩内氧含量不大于100ppm；熔速为400～430kg/h。
2.根据权利要求1所述的高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序中，加入石灰40～50kg/t钢水、萤石6～9kg/t钢水、镁球4～6kg/t钢水和硅石7～9kg/t钢水造脱磷渣。
3.根据权利要求1或2所述的高纯净热作模具用电渣钢的炼制方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序中，出钢时采用双挡出钢、剩钢操作，并快速抬炉。
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