CN107779555A - 超低碳不锈钢材料的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

一种超低碳不锈钢材料的冶炼方法，包括EAF炉冶炼、LF炉冶炼、VOD炉冶炼、LF炉最终成分调整步骤，在LF炉冶炼步骤中，向钢液中加入高碳铬铁、低碳铬铁、镍板、钼铁，以引入合金元素，并调高碳含量，VOD炉冶炼采用真空吹氧脱碳，LF炉最终成分调整步骤对钢液进行最终成分调整，本发明通过引入高碳合金以拉高碳含量，以使VOD炉内吹氧脱碳充分放热，提高钢液温度，减小Cr的氧化，缩短还原时间，缩短钢液降温时间，减少送电升温的时间和机会，进而减小因石墨电极送电升温而引起的钢液增碳，从而减低碳含量。

Description

超低碳不锈钢材料的冶炼方法
技术领域
本发明涉及钢液冶炼技术领域，尤其涉及一种超低碳不锈钢材料的冶炼方法。
背景技术
目前，针对不锈钢材料，以ZG06Cr13Ni4Mo为例，标准要求C≤0.06%，但是随着对此类材质的研究和运用，发现其耐腐蚀性能不能达到特定环境的要求，根本原因是其中的碳化物影响此类材质的抗腐蚀性能，为得到较好的耐腐蚀性能，需要碳含量降低到0.03%以下，以此提高耐腐蚀性能。以前电弧炉冶炼不锈钢材料的C含量一般控制范围为：0.025～0.05%，不能将其稳定控制在0.03%以下，如何采用电弧炉冶炼此种不锈钢材料使碳含量稳定控制在0.03%以下，是亟待解决的技术难题。
发明内容
有必要提出一种超低碳不锈钢材料的冶炼方法。
一种超低碳不锈钢材料的冶炼方法，包括以下步骤：
EAF炉冶炼：使用普通的废钢及返回料进行备料，将备好的原料投入EAF炉熔化形成钢液，并脱P至标准要求，出钢液到LF炉；
LF炉冶炼：对进入LF炉的钢液先进行脱S至0.005%以下，向钢液中加入高碳铬铁、低碳铬铁、镍板、钼铁，以引入合金元素，调整铬成分含量满足C：0.4～0.5%，P＜0.025%，S＜0.007%，Cr：12.0～12.4%，Ni：4.0～4.5%，Mo：0.45～0.6%，然后送电升温至1620～1630℃，将温度达到要求的钢液出炉至VOD炉；
VOD炉冶炼：钢包进入VOD工序后，先扒掉90%以上的钢渣，再将钢液转入VOD炉的反应罐，入罐后检测钢液温度为1600～1610℃，然后盖罐，检查罐体封闭好后，开始进行抽真空，真空度一直抽到200乇以下，开始吹氧脱碳至C含量到0.03%以下，继续抽真空至30Pa以下，进行碳脱氧20min以上，至C含量能达到0.01%以下，之后加还原剂Al粒、活性石灰对钢液进行还原；
LF炉最终成分调整：将还原后的钢液出至LF炉内调整成分，钢液到达LF炉后，由于钢液的还原性较好，首先加入600～800kg的活性石灰造渣，渣层厚度为100～150mm，以减少送电过程中增碳，同时进一步对钢液进行还原，以使氧活性小于7ppm。
本发明通过引入高碳合金以拉高碳含量，以使VOD炉内吹氧脱碳充分放热，提高钢液温度，减小Cr的氧化，缩短还原时间，缩短钢液降温时间，减少送电升温的时间和机会，进而减小因石墨电极送电升温而引起的钢液增碳，从而减低碳含量。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面做进一步的说明。
本发明实施例提供了一种超低碳不锈钢材料的冶炼方法，包括以下步骤：
EAF炉冶炼：使用普通的废钢及返回料进行备料，将备好的原料投入EAF炉熔化形成钢液，并脱P至标准要求，出钢液到LF炉；
LF炉冶炼：对进入LF炉的钢液先进行脱S至0.005%以下，向钢液中加入高碳铬铁、低碳铬铁、镍板、钼铁，以引入合金元素，调整铬成分含量满足C：0.4～0.5%，P＜0.025%，S＜0.007%，Cr：12.0～12.4%，Ni：4.0～4.5%，Mo：0.45～0.6%，然后送电升温至1620～1630℃，将温度达到要求的钢液出炉至VOD炉；
该步骤中，钢液温度一直升温至1620～1630℃，该温度是根据钢液从LF炉出钢至VOD炉的操作所需要的时间和温降所设置的，例如该实施方式中，进入VOD炉的温度要求不低于1600℃，钢液从LF炉出钢至VOD炉的操作所需要的时间和温降为20min和20℃，所以该步骤控制钢液升温至1620～1630℃，以为出钢温降预留降温空间。
而且，该步骤中，在加入合金元素的同时，加入了高碳铬铁，该合金不仅价格较低，而且含碳量较高，所以不仅加入了铬合金，还加入了碳元素，目的是为了拉高碳含量，为后序VOD炉吹氧脱碳时预留充分的碳。
VOD炉冶炼：钢包进入VOD工序后，先扒掉90%以上的钢渣，再将钢液转入VOD炉的反应罐，入罐后检测钢液温度为1600～1610℃，然后盖罐，检查罐体封闭好后，开始进行抽真空，真空度一直抽到200乇以下，开始吹氧脱碳至C含量到0.03%以下，继续抽真空至30Pa以下，进行碳脱氧20min以上，至C含量能达到0.01%以下，之后加还原剂Al粒、活性石灰对钢液进行还原，Al粒、活性石灰的加入量为1～2kg/t钢液、3kg/t钢液；
LF炉冶炼时高碳铬铁的加入拉高了碳含量，为该步骤的吹氧脱碳预留充分的碳，充分的碳在VOD炉内参与吹氧脱碳反应是一个放热的过程，从而为钢液补充热量，减缓钢液降温的速度，甚至释放的热量可以提升钢液的温度，避免温度降低造成局部或部分钢液凝固或温度过低而影响其他合金元素的稳定性；
并且，吹氧脱碳反应时，不可避免的存在氧元素与其他合金元素氧化反应的发生，钢液温度越高，氧元素与碳结合的活性大于氧元素与铬元素结合的活性，不仅可以促进脱碳降低碳元素的反应，还可以抑制铬元素被氧化，进而缩短后序氧化铬被还原的反应时间，缩短还原时间。
该步骤中，钢液还原只需要5～10 min，而在LF炉还原需要40min，较LF炉还原所用时间短30min，按照钢液每分钟1℃降温速度来计算，钢液温度少降温30℃，如果该还原操作放在LF炉内进行，则因还原时间长，钢液降温严重，还需要送电升温，而LF炉送电升温时，又增加了石墨电极与钢液接触的时间，增大了电极增碳的风险，容易在钢液中再次引入碳，导致碳含量增大。
LF炉最终成分调整：将还原后的钢液出至LF炉内调整成分，钢液到达LF炉后，由于钢液的还原性较好，首先加入600～800kg的活性石灰造渣，渣层厚度为100～150mm，以减少送电过程中增碳，同时进一步对钢液进行还原，以使氧活性小于7ppm。
该步骤中，在调整成分时又加入了活性石灰，不仅降低氧活性，更重要的是形成了较厚的渣层，渣层漂浮在钢液表面，不仅起到避免钢液降温保温的作用，而且，在各元素成分调整过程中，存在钢液温度下降的过程，温度通常会下降至1590～1600℃，当钢液温度降低至工艺要求以下时，就需要对钢液进行送电升温，此时，石墨电极只需伸入至渣层以内，但不伸入至钢液以内，不与钢液接触，送电时，电极与渣层接触，渣层与钢液接触，高电压在电极端部与钢液之间形成电弧，即可实现电极不与钢液接触即可送电升温，避免了石墨电极与钢液接触时的增碳。
对钢液再次送电升温时，向钢液内通入氩气，先调整氩气大小，以钢液不冲破渣层为宜，送电过程中，由于有较厚的渣层保护，避免了电极与钢液接触，送电增碳就很微弱，一般送电3～5min就可将温度提升至1600～1610℃，送电完测温，温度达到要求后，适当开大氩气0.2～0.4Mpa搅拌5min；搅拌的作用有两个：均匀钢液的温度；均匀钢液成分，特别是钢液的碳含量；然后取样，测量钢液的实际碳含量，当碳含量调整在0.02～0.03%后，其他成分也合格，即成分全部调整到位，此时温度也在出钢温度范围内，如此即可出钢浇注。
进一步，还对VOD炉冶炼之前的钢液及VOD炉冶炼之后的钢液进行抽样光谱分析，以检测各合金元素的含量，在LF炉最终成分调整的步骤中，Cr、Mn元素含量调整时以VOD炉冶炼之前的钢液分析结果为准，Si元素含量调整时以VOD炉冶炼之后的钢液分析结果为准，Ni、Mo元素以VOD炉冶炼之前的或VOD炉冶炼之后的钢液分析结果为准。
上述检测分析标准的要求时与不同元素的性质相关的，Cr、Mn元素要以钢液进行VOD前的成分为准，因为Cr、Mn元素在VOD吹氧脱碳过程中被氧化的含量，经过还原后再次被还原。而实践结果表明，虽然Si是易于氧化元素，但是Si经过氧化后，很难被还原，故Si元素还是以VOD后的光谱结果为准。而Ni、Mo元素是不易氧化元素，吹氧脱碳对其含量无影响，故这两个元素在VOD前和VOD后的含量基本一致。
进一步，在“EAF炉冶炼”步骤中，脱P操作为向钢液内加入氧化铁、氧化钙造渣，然后扒渣，在“VOD炉冶炼” 步骤中，脱S操作为向钢液内加入氧化钙造渣，然后扒渣。如上，脱P需要氧化环境，所以在EAF炉内完成，而脱S需要还原氛围，所以在VOD炉内完成。
进一步，在“LF炉冶炼”步骤中，各合金的加入顺序为依次加入高碳铬铁、低碳铬铁、镍板、钼铁。
由于该不锈钢材料中铬元素含量最高、依次为镍含量、钼含量，按照含量由高向低的顺序加入，后加入的含量低的元素对之前加入的含量高的元素影响较小，而后加入含量高的元素影响之前加入的含量低的元素在钢液中的百分比。
进一步，在“VOD炉冶炼”步骤中，入罐前测量钢液面到钢包上沿的距离，该空间为自由空间，确保自由空间的高度大于800mm，避免自由空间过小的目的在于，吹氧过程中钢液易喷溅损失钢液量，或者损坏设备的问题。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种超低碳不锈钢材料的冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：
EAF炉冶炼：使用普通的废钢及返回料进行备料，将备好的原料投入EAF炉熔化形成钢液，并脱P至标准要求，出钢液到LF炉；
LF炉冶炼：对进入LF炉的钢液先进行脱S至0.005%以下，向钢液中加入高碳铬铁、低碳铬铁、镍板、钼铁，以引入合金元素，调整铬成分含量满足C：0.4～0.5%，P＜0.025%，S＜0.007%，Cr：12.0～12.4%，Ni：4.0～4.5%，Mo：0.45～0.6%，然后送电升温至1620～1630℃，将温度达到要求的钢液出炉至VOD炉；
VOD炉冶炼：钢包进入VOD工序后，先扒掉90%以上的钢渣，再将钢液转入VOD炉的反应罐，入罐后检测钢液温度为1600～1610℃，然后盖罐，检查罐体封闭好后，开始进行抽真空，真空度一直抽到200乇以下，开始吹氧脱碳至C含量到0.03%以下，继续抽真空至30Pa以下，进行碳脱氧20min以上，至C含量能达到0.01%以下，之后加还原剂Al粒、活性石灰对钢液进行还原；
LF炉最终成分调整：将还原后的钢液出至LF炉内调整成分，钢液到达LF炉后，由于钢液的还原性较好，首先加入600～800kg的活性石灰造渣，渣层厚度为100～150mm，以减少送电过程中增碳，同时进一步对钢液进行还原，以使氧活性小于7ppm。
2.如权利要求1所述的超低碳不锈钢材料的冶炼方法，其特征在于：还对VOD炉冶炼之前的钢液及VOD炉冶炼之后的钢液进行抽样光谱分析，以检测各合金元素的含量，在LF炉最终成分调整的步骤中，Cr、Mn元素含量调整时以VOD炉冶炼之前的钢液分析结果为准，Si元素含量调整时以VOD炉冶炼之后的钢液分析结果为准，Ni、Mo元素以VOD炉冶炼之前的或VOD炉冶炼之后的钢液分析结果为准。
3.如权利要求1所述的超低碳不锈钢材料的冶炼方法，其特征在于：在“EAF炉冶炼”步骤中，脱P操作为向钢液内加入氧化铁、氧化钙造渣，然后扒渣，在“VOD炉冶炼” 步骤中，脱S操作为向钢液内加入氧化钙造渣，然后扒渣。
4.如权利要求1所述的超低碳不锈钢材料的冶炼方法，其特征在于：在“LF炉冶炼”步骤中，各合金的加入顺序为依次加入高碳铬铁、低碳铬铁、镍板、钼铁。
5.如权利要求1所述的超低碳不锈钢材料的冶炼方法，其特征在于：在“VOD炉冶炼”步骤中，入罐前测量钢液面到钢包上沿的距离，该空间为自由空间，确保自由空间的高度大于800mm。
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