CN107090537B - 控制气阀钢夹杂物的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冶炼方法，尤其是公开了一种控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，属于冶金生产工艺设计技术领域。提供一种能有效的降低不锈钢钢水中的杂质，进而降低成品不锈钢坯料中的夹杂物的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法。所述的冶炼方法包括在AOD冶炼炉中的调渣剂调渣，在精炼炉内的改质剂调渣，以及精炼结束后在吹氩环境下的钙处理几个步骤。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼方法，尤其是涉及一种控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，属于冶金生产工艺设计技术领域。
背景技术
气阀钢是制造汽油发动机和柴油发动机进、排气阀的必用材料，也是整个发动机中的关键材料，在交通动力机械领域的重要性很大。气阀钢的生产在特殊钢中是一个专业性很强的领域，虽然数量不是很大，但其工作条件恶劣，通常都在高温、高压、高冲刷和高磨蚀的条件下工作，因而对气阀钢的性能要求较高，同时对气阀钢中夹杂物的控制也提出了较高的要求，要求气阀钢中不能有较大尺寸的硬性夹杂，尤其是大于20μm的夹杂物，因为在产品使用过程中很容易由于高压以及磨蚀等引起夹杂物脱落，从而形成裂纹源，降低产品使用寿命，甚至发生事故。
气阀钢中的夹杂物含量高，极易引起气阀钢产品在使用过程中出现麻坑以及疲劳断裂等质量问题，严重影响产品的使用寿命。尤其是高熔点的Al2O3夹杂物以及MgO.Al2O3尖晶石类夹杂物，在轧制过程中由于其变形率较小，会导致产品疲劳强度降低以及产生表明缺陷，严重影响产品质量。因此，提高气阀钢洁净度，降低其夹杂物含量，对于提高气阀钢产品品质具有重要作用。
国内外研究表明，钢包渣中加入CaF2将导致MgO.A12O3尖晶石夹杂物的生成，并认为 MgO.A12O3尖晶石夹杂物与铝含量高低关系不大。这可能是由于CaF2侵蚀包衬，使包衬中的MgO 进入钢液中，导致MgO.A12O3夹杂物的生成更加容易。另外，精炼渣中SiO2含量越高，MgO 转变成尖晶石以及尖晶石转变成低熔点夹杂物较慢。因此本发明在AOD采用石灰和硅质造渣材料进行造渣，在LF利用含铝的钢包渣改质剂对钢包渣成分进行调整，可有效避免高熔点的 MgO.A12O3夹杂物的生成，并将钢包渣成分控制在铝酸钙系的低熔点区域内，提高钢包渣吸收夹杂物的能力的同时并能有效地将钢中夹杂物控制在低熔点的液相区域内。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效的降低气阀钢钢水中的杂质，进而降低成品气阀钢坯料中的夹杂物的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，所述的冶炼方法包括在AOD冶炼炉中的调渣剂调渣，在精炼炉内的改质剂调渣，以及精炼结束后在吹氩环境下的钙处理几个步骤。
本发明的有益效果是：本申请通过分别在AOD冶炼炉中用调渣剂调渣，在精炼炉中用改质剂调渣，最后在精炼结束后的吹氩环境下采用钙铝线材调渣。通过上述的多个工序，多个道次的不同钢渣改质以及夹杂物改性条件下的夹杂控制，可以有效的降低以40Cr10Si2Mo为代表的气阀钢钢水中的杂质，进而降低成品气阀钢坯料中的夹杂物，达到提高冶炼气阀钢材料的成品质量的目的。
进一步的是，在AOD冶炼炉中进行调渣剂调渣时，渣料的加入是按下述步骤控制的，
AOD兑钢水前在炉底加入石灰4～8kg/t钢；当AOD吹炼过程中炉内温度≥1600℃时，加入石灰10～20kg/t钢，调渣剂2.0-6.0kg/t钢；当炉内温度≥1620℃时，加入石灰10～20 kg/t钢，调渣剂2.0-6.0kg/t钢；脱氧结束，根据钢包渣碱度，适量补加石灰及调渣剂，将AOD终渣碱度控制在1.8～2.4。
上述方案的优选方式是，在AOD冶炼炉中进行调渣剂调渣时，脱氧是按下述步骤控制的，
AOD吹炼终点，根据钢水氧活度加入硅钙合金或硅钙钡合金进行脱氧；出钢后下渣量按钢包渣的厚度为50～80mm控制。
进一步的是，所述调渣剂的主要成分为，SiO2：50％～80％、CaO：10～30％、Al2O3：0～ 10％，P＜0.10％，S＜0.10％。
进一步的是，在精炼炉内的钢包渣改质即改质剂调渣时，是按下述步骤进行的，
钢水到达处理位后，加入改质剂2～5kg/t钢；钢水加热处理10min左右，加入第二批改质剂，加入量按0.5～2kg/t钢；钢水加热处理20min左右，加入第三批改质剂，加入量按0.5～2kg/t钢；钢包底吹氩气流量控制在100～200NL/min，加热过程防止钢水裸露；钢包渣改质后，渣中CaO/Al2O3控制在1.2～1.9之间，终渣碱度控制在2.0～3.0。
上述方案的优选方式是，所述改质剂的成分为，CaO：2％～10％，SiO2：5～15％，Al2O3： 15％～30％，S≤0.5％，Al：45～60％，水分≤0.5％。
进一步的是，精炼结束后在吹氩环境下的夹杂物改性即钙处理是按下述步骤进行的，
LF加热结束向钢水中喂入钙铝实心线，按纯钙计算的喂入量为0.7～2.0kg/t钢，喂线速度为2.0～3.0m/s，保证钢水中的Ca/Al比值在0.12～0.14％；
喂线结束后对钢水进行吹氩弱搅拌，氩气流量控制在30～100NL/min，吹氩标准为钢渣吹开直径在100～200mm，吹氩时间为15～30min。
具体实施方式
本发明提供的一种能有效的降低气阀钢钢水中的杂质，进而降低成品气阀钢坯料中的夹杂物的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法。所述的冶炼方法包括在AOD冶炼炉中的调渣剂调渣，在精炼炉内的改质剂调渣，以及精炼结束后在吹氩环境下的钙处理几个步骤。本申请通过分别在AOD冶炼炉中用调渣剂调渣，在精炼炉中用改质剂调渣，最后在精炼结束后的吹氩环境下采用钙铝线材调渣。通过上述的多个工序，多个道次的不同钢渣改质以及夹杂物改性条件下的夹杂控制，可以有效地降低以40Cr10Si2Mo为代表的气阀钢钢水中的杂质，进而降低成品气阀钢坯料中的夹杂物，达到提高冶炼气阀钢材料的成品质量的目的。
上述实施方式中，为了最大限度的除去钢水中的杂质，同时又避免出现传统气阀钢在AOD 和LF采用“萤石+石灰”造渣带来的钢中MgO.A12O3夹杂物含量较高的问题，并能有效提高钢包渣吸收夹杂物的能力，降低钢中夹杂物的含量，以及将钢水中的Ca/Al比值控制在一定的范围内，本申请在AOD冶炼炉中进行首次钢渣组分及性能控制即调渣剂调渣时，渣料的加入是按下述步骤控制的，AOD兑钢水前在炉底加入石灰4～8kg/t钢；当AOD吹炼过程中炉内温度≥1600℃时，加入石灰10～20kg/t钢，调渣剂2.0-6.0kg/t钢；当炉内温度≥1620℃时，加入石灰10～20kg/t钢，调渣剂2.0-6.0kg/t钢；脱氧结束，根据钢包渣碱度，适量补加石灰及调渣剂，将AOD终渣碱度控制在1.8～2.4；在AOD冶炼炉中脱氧是按下述步骤控制的， AOD吹炼终点，根据钢水氧活度加入硅钙合金或硅钙钡合金进行脱氧；出钢后下渣量按钢包渣的厚度为50～80mm控制；此时，所述调渣剂的主要组成成分优选为，SiO2：50％～80％、CaO： 10～30％、Al2O3：0～10％，P＜0.10％，S＜0.10％。而在精炼炉内的钢包渣改质即调渣剂调渣时，是按下述步骤进行的，钢水到达处理位后，加入改质剂2～5kg/t钢；钢水加热处理10min 左右，加入第二批改质剂，加入量按0.5～2kg/t钢；钢水加热处理20min左右，加入第三批改质剂，加入量按0.5～2kg/t钢；钢包底吹氩气流量控制在100～200NL/min，加热过程防止钢水裸露；钢包渣改质后，渣中CaO/Al2O3控制在1.2～1.9之间，终渣碱度控制在2.0～3.0；而所述改质剂的组成成分优选为CaO：2％～10％，SiO2：5～15％，Al2O3：15％～30％，S≤0.5％， Al：45～60％，水分≤0.5％。同时，对在真空炉中吹氩环境下的钙处理工艺进行改进，即在精炼结束后在吹氩环境下的钙处理是按下述步骤时行的，LF加热结束向钢水中喂入钙铝实心线，按纯钙计算的喂入量为0.7～2.0kg/t钢，喂线速度为2.0～3.0m/s，保证钢水中的Ca/Al比值在0.12～0.14％；喂线结束后对钢水进行吹氩弱搅拌，氩气流量控制在30～100NL/min，吹氩标准为钢渣吹开直径在100～200mm，吹氩时间为15～30min。
本发明采用AOD与LF两步调渣的工艺，在AOD加入石灰和硅质调渣剂，在LF加入石灰和改质剂，并在LF结束对钢水进行钙处理的工艺，该工艺通过调节石灰和调渣剂及改质剂的加入量可有效控制钢包渣的碱度及钙铝比，从而将钢包渣组分控制在一个有利于夹杂物去除的有效范围内，达到钢包渣精炼去除夹杂物的目的，并且避免了传统气阀钢在AOD和LF采用“萤石+石灰”造渣带来的钢中MgO.A12O3夹杂物夹杂物含量较高的问题，并能有效提高钢包渣吸收夹杂物的能力。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1：
AOD兑钢水前在炉底加入石灰4kg/t钢，兑入钢水，测量温度为1510℃，并加入硅铁进行升温，硅铁加入量为2.4kg/t钢；当AOD吹炼过程中炉内温度≥1600℃时，加入石灰20kg/t 钢，调渣剂5kg/t钢；当炉内温度≥1620℃时，加入石灰15kg/t钢，调渣剂4kg/t钢。脱氧结束，根据钢包渣碱度，适量补加石灰及调渣剂，AOD终渣碱度控制为1.9。出钢后下渣量控制：钢包渣厚50mm。
钢水到达LF处理位后，加入改质剂2kg/t钢；钢水加热处理10min，加入第二批改质剂， 2kg/t钢；钢水加热处理20min左右，加入第三批改质剂，1.5kg/t钢。钢包底吹氩气流量控制在100NL/min。钢包渣改质后，渣中CaO/Al2O3控制在1.2，终渣碱度控制在2.8。
LF加热结束向钢水中喂入钙铝实心线，喂入量(按纯钙计算)为1.0kg/t钢，喂线速度为2.5m/s，钢水中的Ca/Al比值在0.12％。
喂线结束后对钢水进行吹氩弱搅拌，氩气流量控制在50NL/min，吹氩时间为25min。
实施例2：
AOD兑钢水前在炉底加入石灰8kg/t钢，兑入钢水，测量温度为1515℃，并加入硅铁进行升温，硅铁加入量为2.0kg/t钢；当AOD吹炼过程中炉内温度≥1600℃时，加入石灰12kg/t 钢，调渣剂3kg/t钢；当炉内温度≥1620℃时，加入石灰18kg/t钢，调渣剂5kg/t钢。脱氧结束，根据钢包渣碱度，适量补加石灰及调渣剂，AOD终渣碱度控制在2.2。出钢后下渣量控制：钢包渣厚60mm。
钢水到达LF处理位后，加入改质剂4kg/t钢；钢水加热处理10min，加入第二批改质剂， 0.5kg/t钢；钢水加热处理20min左右，加入第三批改质剂，1.0kg/t钢。钢包底吹氩气流量控制在150NL/min。钢包渣改质后，渣中CaO/Al2O3控制在1.7，终渣碱度控制在2.3。
LF加热结束向钢水中喂入钙铝实心线，喂入量(按纯钙计算)为1.6kg/t钢，喂线速度为3.0m/s，钢水中的Ca/Al比值在0.13％。
喂线结束后对钢水进行吹氩弱搅拌，氩气流量控制在80NL/min，吹氩时间为18min。
Claims (6)
1.一种控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，其特征在于：所述的冶炼方法包括在AOD冶炼炉中的调渣剂调渣，在精炼炉内的改质剂调渣，以及精炼结束后在吹氩环境下的钙处理几个步骤；
在精炼炉内的改质剂调渣，是按下述步骤进行的，钢水到达处理位后，加入改质剂2～5kg/t钢；钢水加热处理10min，加入第二批改质剂，加入量按0.5～2kg/t钢；钢水加热处理20min，加入第三批改质剂，加入量按0.5～2kg/t钢；钢包底吹氩气流量控制在100～200NL/min，加热过程防止钢水裸露；钢包渣改质后，渣中CaO/Al2O3控制在1.2～1.9之间，终渣碱度控制在2.0～3.0。
2.根据权利要求1所述的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，其特征在于：在AOD冶炼炉中进行调渣剂调渣时，渣料的加入是按下述步骤控制的，
AOD兑钢水前在炉底加入石灰4～8kg/t钢；当AOD吹炼过程中炉内温度≥1600℃时，加入石灰10～20kg/t钢，调渣剂2.0-6.0kg/t钢；当炉内温度≥1620℃时，加入石灰10～20kg/t钢，调渣剂2.0-6.0kg/t钢；脱氧结束，根据钢包渣碱度，适量补加石灰及调渣剂，将AOD终渣碱度控制在1.8～2.4。
3.根据权利要求2所述的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，其特征在于：在AOD冶炼炉中进行调渣剂调渣时，脱氧是按下述步骤控制的，
AOD吹炼终点，根据钢水氧活度加入硅钙合金或硅钙钡合金进行脱氧；出钢后下渣量按钢包渣的厚度为50～80mm控制。
4.根据权利要求2所述的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，其特征在于：所述调渣剂的主要成分为，SiO2：50％～80％、CaO：10～30％、Al2O3：0～10％，P＜0.10％，S＜0.10％。
5.根据权利要求1所述的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，其特征在于：所述改质剂的成分为，CaO：2％～10％，SiO2：5～15％，Al2O3：15％～30％，S≤0.5％，Al：45～60％，水分≤0.5％。
6.根据权利要求5所述的控制气阀钢夹杂物的冶炼方法，其特征在于：精炼结束后在吹氩环境下的钙处理是按下述步骤进行的，
LF加热结束向钢水中喂入钙铝实心线，按纯钙计算的喂入量为0.7～2.0kg/t钢，喂线速度为2.0～3.0m/s，保证钢水中的Ca/Al比值在0.12～0.14％；
喂线结束后对钢水进行吹氩弱搅拌，氩气流量控制在30～100NL/min，吹氩标准为钢渣吹开直径在100～200mm，吹氩时间为15～30min。
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