CN108118114B

CN108118114B - 一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系及熔炼方法

Info

Publication number: CN108118114B
Application number: CN201711304726.4A
Authority: CN
Inventors: 廖云虎; 黄志永; 刘永新; 雷德江; 丁勇; 张华国; 高刚毅; 朱小阳
Original assignee: Sichuan Liuhe Special Metal Materials Co ltd
Current assignee: Sichuan Liuhe Special Metal Materials Co ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN108118114A

Abstract

本发明提供了一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系，包括以下重量百分含量的物质组分：CaF₂：68～75％；Al₂O₃：15～22％；MgO：2～7％；SiO₂:3～6％；B₂O₃：2～5％。本发明还提供了所述电渣重熔渣系应用于中碳钢材料的熔炼方法，所述方法包括：(1)取中碳钢材料的原料和/或返回钢料依次经非真空感应炉、LF和VD进行初次冶炼，浇注成自耗电极棒；(2)将步骤(1)浇注的自耗电极棒进行电渣重熔，电渣重熔采用所述电渣重熔渣系。本发明的电渣重熔渣系不仅能够有效降低中碳钢中非金属夹杂物的含量，而且中碳钢表面的白点现象得到有效缓解，大大提高了所得钢锭的品质。

Description

一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系及熔炼方法

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，具体涉及一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系，以采用该电渣重熔渣系熔炼中碳钢材料的方法。

背景技术

钢水的炉外精炼是提高合成钢质量、扩大钢品种的主要技术手段，而合成渣的重熔应用于精炼钢水技术是现有普遍使用的方法。电渣重熔技术是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法，使得渣产生高温，电极不断的被熔化，熔化的液滴穿过渣层进入金属熔池从而形成新的钢锭，其主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭，通过控制重熔过程中的凝固和化学反应，生产比原材料更高质量的钢锭。电渣重熔已被许多行业用来生产高性能的钢锭，例如化工、航空航天、运输、军工和机械等部门。

钢的洁净度在钢铁应用的发展中至关重要，高纯净度钢是未来钢铁发展的趋势，因而电渣重熔技术的发展将起到关键作用。我国学者对电渣重熔渣系的研究用于获得高纯净度钢已作了较多工作，如发明人张奚东在专利CN 102080143 A中提出了一种高纯净精炼合成渣，但是其采用了较大比重的石灰，石灰的占比高达30～80％，该合成渣对非金属夹杂物并不能有效进行控制。然而现有的电渣重熔渣系并不能对中碳钢材料的非金属夹杂物进行有效地控制，由于中碳钢材料对非金属夹杂物的要求比低碳钢和一般钢材更严格，需要控制更高的夹杂物含量指标，不仅使得冶炼成本高，而且普通渣系并不能满足高性能材料的需求。

另一方面，由于中碳钢冶炼过程中环境因素的影响，导致中碳钢材表面白点和裂纹等缺陷严重，且中碳钢冶炼过程中钢材的磷杂质含量较高，无法通过现有的电渣重熔进行有效去除，如何控制中碳钢表面白点及裂纹的生成，以及所得钢锭中杂质磷的含量得到有效减少，成为现阶段电渣重熔技术所面临的亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系，不仅能够有效降低中碳钢中非金属夹杂物的含量，而且中碳钢表面的白点现象得到有效缓解，裂纹率大大降低，且钢锭中杂质磷的含量得到大幅度减少，很大程度上提高了电渣重熔所得钢锭的品质。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系，包括以下重量百分含量的物质组分：

CaF₂：68～75％；Al₂O₃：15～22％；MgO：2～7％；SiO₂:3～6％；B₂O₃：2～5％。

本发明提供的上述电渣重熔渣系中采用的各组分，能够在电渣重熔过程中发挥良好的再熔化精练作用，很好地满足冶金热力学反应和动力学反应，在渣池中可形成XSiO₂-YAl₂O₃、XSiO₂-YRO(RO：MnO+MgO之和)结合氧化物，而B₂O₃的加入，大大提高了熔池中氧化物夹杂物的直径，非金属夹杂物不断吸附其中，使得夹杂物颗粒不断变大，夹杂物颗粒的上浮倾向也随之增大，最终达到进一步去除夹杂物的作用；B₂O₃的加入还可提高中碳钢的淬透性效果。此外，本发明增加少量SiO₂使得渣池酸碱度控制在一个合理水平，最终亦能起到去除夹杂物的目的。更为重要的是，本渣系并未采用通常意义上的CaO，在保证钢材金相指标的同时，大大减少了钢锭的吸气，使得钢锭表面的白点现象大大减少，且裂纹率也显著降低。采用本发明的电渣重熔渣系生产出的中碳钢材料，能精准地对非金属夹杂物进行控制，制备的材料纯度高，钢锭表面基本无白点和裂纹，且所得钢锭中的杂质磷含量得以大大降低。

作为本发明较为优选的方案，所述电渣重熔渣系包括以下重量百分含量的物质组分：

CaF₂：69～72％；Al₂O₃：18～20％；MgO：3～6％；SiO₂:4～5％；B₂O₃：3～4％。

作为本发明更为优选的方案，所述电渣重熔渣系是由以下重量百分含量的物质组成：

CaF₂：70％；Al₂O₃：19％；MgO：4％；SiO₂:4％；B₂O₃：3％。

进一步的，本发明的组分中所述CaF2和SiO2的纯度均为97％以上；所述Al2O3和MgO的纯度为95％以上；所述B₂O₃的纯度为98％以上。纯度指标对电渣重熔过程获得更高品质的钢锭起到重要的作用，杂质含量不能太高，否则将影响所得中碳钢的品质。

本发明的另一个目的是提供上述电渣重熔渣系应用于中碳钢材料的熔炼方法，所述包括以下步骤：

(1)取中碳钢材料的原料和/或返回钢料依次经非真空感应炉、LF和VD进行初次冶炼，浇注成自耗电极棒；

(2)将步骤(1)浇注的自耗电极棒进行电渣重熔，电渣重熔采用所述电渣重熔渣系。

进一步的，步骤(1)中所述自耗电极棒的直径为240mm。

进一步的，所述步骤(2)在电渣重熔时添加Al粉和Mn粉，以占所述电渣重熔渣系重量百分比计，所述Al粉的加入量为0.03～0.08％，Mn粉的加入量为0.03～0.08％；进一步优选的，所述Al粉的加入量为0.05％，Mn粉的加入量为0.04％。添加Al粉和Mn粉作为脱氧剂，可以起到很好的脱氧效果，可进一步增大夹杂物的直径。

进一步的，步骤(1)中所述返回钢料用量按重量百分比计，占中碳钢材料原料装入量的0～70％；进一步优选为40～60％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的电渣重熔渣系能充分去除中碳钢中的非金属夹杂物，提高中碳钢的纯洁度等级；且能最大限度减小吸气，使得中碳钢表面基本无白点和裂纹产生，且加入B₂O₃后中碳钢的淬透性效果非常明显，中碳钢中的杂质磷含量指标得以显著降低。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种电渣重熔渣系，由以下重量百分含量的物质组成：

CaF₂：68％；Al₂O₃：15％；MgO：2％；SiO₂:3％；B₂O₃：2％。

其中，CaF2和SiO2的纯度分别为97.1％和97.5％，Al2O3和MgO的纯度分别为95％和96.1％，B₂O₃的纯度为98.9％。

上述电渣重熔渣系应用于4Cr13中碳叶片钢材料的熔炼方法，包括以下步骤：

(1)取中碳钢材料的原料依次经非真空感应炉、LF和VD进行初次冶炼，浇注成自耗电极棒，自耗电极棒的直径为240mm；

(2)将步骤(1)浇注的自耗电极棒进行电渣重熔，电渣重熔采用所述电渣重熔渣系，电渣重熔时添加Al粉和Mn粉，以占所述电渣重熔渣系重量百分比计，Al粉的加入量为0.03％，Mn粉的加入量为0.03％。

实施例2

一种电渣重熔渣系，由以下重量百分含量的物质组成：

其中，CaF₂和SiO₂的纯度分别为97.8％和98.3％，Al₂O₃和MgO的纯度分别为95.6％和96.5％，B₂O₃的纯度为99.1％。

(1)取中碳钢材料的原料和返回钢料依次经非真空感应炉、LF和VD进行初次冶炼，浇注成自耗电极棒；其中返回钢料的用量按重量百分比计，占中碳钢材料原料装入量的40％；

(2)将步骤(1)浇注的自耗电极棒进行电渣重熔，电渣重熔采用所述电渣重熔渣系，电渣重熔时添加Al粉和Mn粉，以占所述电渣重熔渣系重量百分比计，Al粉的加入量为0.05％，Mn粉的加入量为0.04％。

实施例3

一种电渣重熔渣系，由以下重量百分含量的物质组成：

CaF₂：69％；Al₂O₃：18％；MgO：3％；SiO₂:6％；B₂O₃：4％。

其中，CaF₂和SiO₂的纯度分别为97.1％和97.5％，Al₂O₃和MgO的纯度分别为95％和96.1％，B₂O₃的纯度为98.9％。

(1)取中碳钢材料的原料和返回钢料依次经非真空感应炉、LF和VD进行初次冶炼，浇注成自耗电极棒；其中返回钢料的用量按重量百分比计，占中碳钢材料原料装入量的60％；

(2)将步骤(1)浇注的自耗电极棒进行电渣重熔，电渣重熔采用所述电渣重熔渣系，电渣重熔时添加Al粉和Mn粉，以占所述电渣重熔渣系重量百分比计，Al粉的加入量为0.08％，Mn粉的加入量为0.06％。

对照例1

依照实施例1的电渣重熔渣系，组分不同之处在于，将CaF₂替换为等重量份的CaO，其余实施方式均按照实施例1。

对照例2

依照实施例2的电渣重熔渣系，组分不同之处在于，将B₂O₃替换为等重量份的CaO，其余实施方式均按照实施例2。

对照例3

依照实施例3的电渣重熔渣系，组分不同之处在于，将B₂O₃和SiO₂均去除，其余实施方式均按照实施例3。

实验例1

对实施例1-3和对照例1-3所得钢锭中的夹杂物进行测试，夹杂物级别按照表1进行分类：

表1

注：表中A、B、C、D属于夹杂物类别，具体为：A：硫化物；B：氧化物；C：硅酸盐；D：球状氧化物。

对各实施例和对照例中的夹杂物进行测试，所得结果如表2所示：

表2

实验例2

对实施例1-3和对照例1-3所得钢锭表面的白点和裂纹进行测试，以及对钢锭中杂质磷含量进行测试，得实施例1-3所得钢锭表面基本无白点，重复100次所得钢锭的裂纹率仅为0.05％，平均杂质磷含量仅为0.09％；而对照例1-3所得钢锭表面可见若干白点，重复300次所得钢锭的裂纹率为0.95％，平均杂质磷含量为0.03％。

Claims

1.一种适用于中碳钢材料的电渣重熔渣系应用于中碳钢材料的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法包括以下步骤：

(2)将步骤(1)浇注的自耗电极棒进行电渣重熔，电渣重熔采用的电渣重熔渣系为：按重量百分含量计由以下物质组分组成：CaF₂：68～75％；Al₂O₃：15～22％；MgO：2～7％；SiO₂:3～6％；B₂O₃：2～5％。

2.根据权利要求1所述的熔炼方法，其特征在于，所述电渣重熔渣系按重量百分含量计由以下物质组分组成：CaF₂：69～72％；Al₂O₃：18～20％；MgO：3～6％；SiO₂:4～5％；B₂O₃：3～4％。

3.根据权利要求1所述的熔炼方法，其特征在于，所述电渣重熔渣系按重量百分含量计由以下物质组分组成：CaF₂：70％；Al₂O₃：19％；MgO：4％；SiO₂:4％；B₂O₃：3％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的熔炼方法，其特征在于，所述CaF₂和SiO₂的纯度均为97％以上。

5.根据权利要求1-3任一项所述的熔炼方法，其特征在于，所述Al₂O₃和MgO的纯度为95％以上。

6.根据权利要求1-3任一项所述的熔炼方法，其特征在于，所述B₂O₃的纯度为98％以上。

7.权利要求1-3任一项所述的熔炼方法，其特征在于，步骤(1)中所述自耗电极棒的直径为240mm。

8.根据权利要求1-3任一项所述的熔炼方法，其特征在于，所述步骤(2)在电渣重熔时添加Al粉和Mn粉，以占所述电渣重熔渣系重量百分比计，所述Al粉的加入量为0.03～0.08％，Mn粉的加入量为0.03～0.08％。

9.根据权利要求8所述的熔炼方法，其特征在于，所述Al粉的加入量为0.05％，Mn粉的加入量为0.04％。

10.根据权利要求8所述的熔炼方法，其特征在于，步骤(1)中所述返回钢料用量按重量百分比计，占中碳钢材料原料装入量的0～70％。

11.根据权利要求10所述的熔炼方法，其特征在于，步骤(1)中所述返回钢料用量按重量百分比计，占中碳钢材料原料装入量的40～60％。