CN108396097B - 一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法 - Google Patents

一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法包括转炉冶炼、脱氧合金化、配加热渣、LF第一段精炼、LF第二段精炼和连铸等工序。其中第一段精炼利用高碱度渣保证埋弧效果减少增氮以及改善脱氧效果，第二段精炼利用低碱度渣对夹杂物进行改质处理，有效降低钢中的Ca、Al含量。采用上述冶炼方法能够将焊丝钢中的钙和铝的含量稳定控制在钙含量不大于8ppm、铝含量不大于20ppm、氮含量不大于30ppm，显著提高焊丝用钢的拉拔性能，减少焊接过程中的飞溅，具有操作工艺简单、运营成本低的特点。

Description

一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种焊接用钢的生产方法，尤其是低Ca、低Al焊丝用钢的制备方法，属于冶金制造技术领域。
背景技术
焊丝是作为填充金属及导电用金属丝的焊接材料，一般由焊丝母材(即焊丝钢)不经退火直接拉拔至Φ0.8～1.2mm制成。随着焊接技术的自动化程度的提高，焊丝钢需要具有良好的拉拔性能和焊接性能。其中焊丝钢中Ca和Al的含量会直接影响到拉拔稳定性以及焊接飞溅状况，需要降低焊丝钢中的Ca、Al含量。
传统工艺只能通过使用价格高的低铝合金，并辅以碱度不大于2.0的精炼渣进行精炼处理来降低钢中的Ca、Al含量，该工艺不仅会导致夹杂物的去除能力差，而且由于低碱度精炼渣埋弧效果差，造成精炼过程增氮量达到20ppm以上，使最终成品的氮含量超标达到30ppm以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，能够将焊丝钢中的钙和铝的含量稳定控制在Ca≤8ppm、Al≤20ppm，显著提高焊丝用钢的拉拔性能，减少焊接过程中的飞溅，具有操作工艺简单、运营成本低的特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，它包括如下步骤：
a、转炉冶炼：将铁水加入转炉中，底吹供氧，转炉内分批加入造渣料；终渣碱度为3.0～4.0，出钢温度1600～1650℃，出钢成分为P≤0.015％、S≤0.025％、C≤0.045％；
b、脱氧合金化：将步骤a炼制的钢水倾倒至钢包内，向钢包内加入铁合金进行脱氧合金化，搅拌混匀；
c、LF二段法精炼
第一段精炼：步骤b炼制的钢水到达LF精炼炉，接通氩气破壳，分批加入精炼渣，石墨电极给电加热熔化，通入氩气强搅拌；分批次将脱氧剂加入渣面上，造泡沫白渣，控制铁氧化物含量和锰氧化物含量之和不大于0.5wt％，加热温度达到1570～1600℃，进入第二段精炼；
第二段精炼：加入石英砂，精炼渣碱度降低到1.8以下，控制温度在1600℃，加入硅铁粉和碳化硅保持白渣，软吹；
d、连铸：软吹结束后吊钢进行浇注，起吊温度1560～1575℃，浇注过程全程保护，电磁搅拌，中包温度1535℃～1550℃，拉速为2.0～2.2m/min，得到焊丝钢。
上述低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，所述步骤a中的造渣料包括石灰、轻烧白云石和萤石，石灰加入量为30～40kg/t钢水、轻烧白云石30～40kg/t钢水和萤石5～9kg/t钢水。
上述低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，所述步骤c中的精炼渣包括精炼石灰和萤石，精炼石灰的加入量为4.5-5.0kg/t钢水，萤石的加入量为0.5-1.0kg/t钢水；脱氧剂包括碳化硅和铝粉。
上述低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，所述LF精炼前将适量的热渣兑入钢包，加入热渣的比例为2.5kg/吨钢水。
上述低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，所述步骤d中电磁搅拌为结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌组合。
上述低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，所述步骤d焊丝钢中钙含量≤8ppm、铝含量≤20ppm和氮含量≤30ppm。
本发明的炼钢工艺包括转炉初炼、LF二段法精炼和连铸等工序，工艺简单易行，在不增加投资的前提条件下，充分挖掘现有设备的功能，有效降低生产成本，通用性较好，具有广泛的推广前景。采用Al含量较高的普通硅铁、锰铁、锰硅等作为铁合金加入到转炉中，经过LF二段法精炼生产出低Ca、低Al的气保焊丝用钢，有效降低生产运营成本，并且将焊丝钢中钙、铝和氮的含量稳定控制在Ca≤8ppm、Al≤20ppm、N≤30ppm，显著提高焊丝用钢的拉拔性能，易于焊丝加工企业拉拔，同时减少了焊接过程中飞溅问题。
LF二段法是在LF精炼炉中加入精炼渣，精炼渣碱度为2.5～3.5，利用高碱度渣保证良好的发泡埋弧效果，能够在大功率加热的前提下有效降低增氮量，同时增加还原性，改善脱氧效果。精炼过程中分批加入精炼石灰及萤石，提高渣碱度在3.0以上，进行第一阶段高碱度、大功率强搅操作。第一段精炼在高碱度、还原气氛的条件下电极埋狐造渣，完成钢水的脱硫、脱氧、合金化，有利于降低杂质的含量，提高钢水的纯净度。加入石英砂降低渣碱度至1.8以下，进行第二阶段低碱度、弱搅拌的操作，第二段精炼在低碱度条件下促进杂物改质，通过降低精炼渣中的CaO和Al2O3的含量，进而有效降低与之平衡的钢水中Ca和Al的含量，两段法合理利用不同碱度精炼渣的特性精炼出低Ca、低Al、N含量合格的高纯度焊丝钢。
本发明制备工艺生产的焊丝钢组织均匀、质量稳定性好，领先同类产品，具有广泛的市场前景。其中钢成分为C含量0.045％～0.015％、Mn含量1.40％～1.65％、Si含量0.80％～1.05％，大大低于现有焊丝钢生产企业0.10％的C含量水平，较低的C含量有效降低盘条强度，方便焊丝企业的拉拔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法包括转炉冶炼、脱氧合金化、配加热渣、LF二段法精炼、连铸等工序，工艺过程包括如下步骤：
a、转炉冶炼：将铁水加入转炉中，底吹供氧并自动控制氧气的通入量。冶炼前期向转炉内分批加入造渣料，使铁水中的硅、碳、磷和硫逐渐发生氧化反应，生成磷酸钙、二氧化硅、硫化钙等氧化物进入炉渣中，用于去除磷、硫。所述造渣料包括石灰、轻烧白云石、石灰石、氧化铁皮球和萤石，造渣料的加入量为石灰30～40kg/t钢水、轻烧白云石30～40kg/t钢水和萤石5～9kg/t钢水，石灰石和氧化铁皮球根据温度和化渣状况酌情加入。第一批造渣料的加量为总量的1/2，第二批加量为剩余量的1/2，后续根据渣况多次小批量加入。
转炉炼制的终渣碱度为3.0～4.0时倒炉，测温并取样，钢水达到出钢成分和温度的要求时为控制终点进行出钢。所述出钢成分为P≤0.015％(w/w下同)、S≤0.025％、C≤0.045％，出钢温度控制在1600～1650℃。
b、脱氧合金化：在出钢过程中进行脱氧合金化，首先将步骤a炼制的钢水倾倒至钢包内。钢水流入的同时按照先强后弱的脱氧顺序向钢包内加入硅铁(硅铁同时起到脱氧剂和合金化作用)和低碳锰铁进行脱氧合金化，铁合金包括硅铁12kg/t钢水、低碳锰铁18kg/t钢水和锰硅合金，根据目标成分加入。控制底吹气量大小将合金尽快熔化，同时搅拌混匀钢水。用挡渣锥挡渣出钢、并快速抬炉。采用挡渣锥能够稳定减少下渣量。
c、配加热渣：将适量的热渣兑入钢包，加入热渣的比例为2.5kg/吨钢水，所述热渣为连铸工序中钢包浇注后返回的液态精炼渣。精炼前向钢包内配加热渣一方面可以充分循环利用精炼渣，降低生渣的消耗同时降少废渣的排放，符合绿色生产的要求，另一方面液态的热渣能够充分和钢水混合，有效提高成渣效率。
d、LF二段法精炼：
第一段精炼：钢水到达LF精炼炉时，接通氩气进行破壳，在精炼过程中分批加入精炼渣，精炼渣中包括4.5-5.0kg/t钢水的精炼石灰和0.5-1.0kg/t钢水的萤石，石墨电极给电，加热熔化，进行化渣。通入氩气搅拌，采用大功率、强搅拌模式快速成渣、均匀成分，氩气的通入量控制在钢液面吹开直径300-450mm。所述精炼渣为是由精炼石灰、氧化铝和萤石等预先配置好的合成渣料，其成分为CaO 55～60％、Al2O3 15～20％、SiO2 5～15％、MgO 6-10％。精炼渣碱度为2.5～3.5，具有良好的发泡埋弧效果以及还原性，加入萤石有助于改善渣的流动性，促进化渣。
在精炼过程中分批次将脱氧剂加入渣面上，造泡沫白渣。所述脱氧剂包括碳化硅和铝粉或铝粒，碳化硅加入量为40kg，铝粉加入量为30kg。碳化硅和铝粉可以在炉渣充分发泡的条件下还原渣中的氧化物，保持渣的还原性能，控制铁和锰的氧化物含量(FeO)+(MnO)不大于0.5wt％，有利于精炼过程的脱硫。加热温度达到1570～1600℃，并根据炼钢需要加入微量元素，通过合金微调将钢水成分调整基本到位，进入第二段精炼。
第二段精炼：按照1.0-1.2kg/t钢水的量加入石英砂(主要成分为SiO2)，精炼渣碱度降低到1.8以下，进行化渣保温，对夹杂物的变性改质处理，降低电极的输入功率控制温度在1600℃左右，同时减少氩气通入量(目视吹开钢液面的直径为100-250mm)，降低搅拌强度以保证温度均匀为宜。加入硅铁粉50kg和碳化硅40kg保持白渣且呈玻璃状。并将钢水成分调整到位。LF精炼炉出站后对钢液进行氩气软吹(目视渣面蠕动、无钢液面裸露)，软吹时间不小于15min。
e、连铸：软吹结束后吊钢进行浇注，起吊温度1560～1575℃。浇注过程采用全程保护工艺，使连铸工艺增氮量不大于10ppm。结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌组合，气雾冷却，中包温度1535℃～1550℃，拉速为2.0～2.2m/min。采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌组合的控制模式，能够提高等轴晶比例，降低铸坯偏析指数。得到焊丝钢坯，铸坯偏析指数不大于1.07。
实施例1
(1)转炉冶炼工序：铁水加入转炉底吹供氧，分批加入造渣料，加入量为石灰32.5kg/t钢水、萤石5.2kg/t钢水、轻烧白云石31.5kg/t钢水。终渣碱度R＝3.7，温度1620℃时，钢水达控制终点出钢，出钢成分C含量为0.040％、P含量0.013％、S含量0.016％。出钢时依次加入按照目标成分配加的硅铁、锰硅合金、低碳锰铁合金，底吹气量以合金不结坨为宜，采用挡渣锥挡渣出钢、并快速抬炉。
(2)配加热渣：向80t钢水的钢包内加入200kg的热态渣。
(3)LF精炼工序：
第一段精炼，钢水到达LF精炼炉接通氩气，给电加热。在精炼过程中陆续向80t钢水的钢包内加入4.8kg/t钢水的精炼石灰和萤石60kg，合金调整成分，采用大输出功率、强搅进行化渣升温，加入铝粉和碳化硅造泡沫白渣操作。温度达到1590℃，氧化铁和氧化锰的含量(FeO)+(MnO)＝0.45wt％，成分基本合格，进入第二阶段。
第二段精炼，在精炼过程中陆续加入石英砂90kg，采用低功率弱搅进行化渣1600℃保温，调整成分，加入硅铁粉和碳化硅保持白渣操作。进行18min的软吹。
(4)连铸工序：软吹结束后吊钢浇注，全程保护工艺，采用固定的结晶器电搅和末端电搅参数。中包温度1540℃，拉速2.20m/min。得到低钙、低铝焊丝钢坯。
焊丝钢化学成分的检验结果为Ca 7ppm、Al 19ppm、N 28ppm，钢成分为C含量0.045％、Mn含量1.47％、Si含量0.89％，用户使用焊丝钢拉拔成焊丝效果良好。
实施例2
(1)转炉冶炼工序：铁水加入转炉底吹供氧，分批加入造渣料，石灰32.7kg/t钢水、萤石5.4kg/t钢水、轻烧白云石31.8kg/t钢水，终渣碱度R＝3.8，温度1616℃时，达终点出钢，出钢成分C含量为0.040％、P含量0.012％；出钢时依次加入按照目标成分配加的硅铁和低碳锰铁合金，底吹气量以合金不结坨为宜，采用挡渣锥挡渣出钢、并快速抬炉。
(2)配加热渣：向钢包内加入大约200kg的热态渣。
(3)LF精炼工序：采用二段法精炼工艺，
第一段精炼，在精炼过程中陆续向80t钢水的钢包内加入精炼石灰4.6kg/t钢水和萤石55kg，以及合金调整成分，采用大输出功率、强搅进行化渣升温，使用铝粒和碳化硅造泡沫白渣操作。温度达到1588℃，(FeO)+(MnO)＝0.48wt％，成分基本合格，进入第二阶段。
第二段精炼，在精炼过程中陆续加入石英砂95kg，采用低功率弱搅进行化渣1600℃保温，调整成分，使用硅铁粉和碳化硅保持白渣操作。进行19min的软吹。
(4)连铸工序：软吹结束后吊钢浇注，全程保护工艺，中包温度1543℃，拉速2.20m/min，采用固定的结晶器电搅和末端电搅参数。得到低钙、低铝焊丝钢坯。
焊丝钢检验结果为Ca 8ppm、Al 16ppm、N 27ppm。用户使用焊丝钢拉拔成焊丝效果良好。
实施例3
(1)转炉冶炼工序：铁水加入转炉底吹供氧，分批加入造渣料，加入量为石灰31.4kg/t钢水、萤石5.2kg/t钢水、轻烧白云石32.3kg/t钢水，终渣碱度R＝3.68，温度1613℃时，达终点出钢。出钢成分为C为0.035％、P含量0.011％。出钢时依次加入按照目标成分配加的硅铁、锰硅合金、低碳锰铁合金，底吹气量以合金不结坨为宜，采用挡渣锥挡渣出钢、并快速抬炉。
(2)配加热渣：向80t钢水的钢包内加入大约200kg的热态渣。
(3)LF精炼工序：采用二段法精炼工艺，步骤如下：
第一段精炼，钢水到达LF精炼炉接通氩气，加入精炼渣给电加热。在精炼过程中向80t钢水的钢包内陆续加入精炼石灰4.9kg/t钢水和萤石65kg，合金调整成分，采用大输出功率、强搅进行化渣升温，加入铝粒和碳化硅造泡沫白渣操作。温度达到1595℃，(FeO)+(MnO)＝0.46wt％，成分基本合格，进入第二阶段。
第二阶段，精炼过程中陆续加入石英砂100kg，采用低功率弱搅进行化渣1600℃保温，调整成分，加入硅铁粉和碳化硅保持白渣操作。软吹20min。
(4)连铸工序：软吹结束后吊钢浇注，全程保护工艺，中包温度1545℃，拉速2.20m/min，采用固定的结晶器电搅和末端电搅参数。得到低钙、低铝焊丝钢坯。
焊丝钢化学成分为Ca为6ppm、Al为20ppm、N为29ppm。用户使用焊丝钢效果良好。

Claims (2)

1.一种低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，其特征在于，它包括如下步骤：
a、转炉冶炼：将铁水加入转炉中，底吹供氧，转炉内分批加入造渣料；终渣碱度为3.0～4.0，出钢温度1600～1650℃，出钢成分为P≤0.015％、S≤0.025％、C≤0.045％；
造渣料的加入量为石灰30～40kg/t钢水、轻烧白云石30～40kg/t钢水和萤石5～9kg/t钢水，石灰石和氧化铁皮球根据温度和化渣状况酌情加入，第一批造渣料的加量为总量的1/2，第二批加量为剩余量的1/2，后续根据渣况多次小批量加入；
b、脱氧合金化：将步骤a炼制的钢水倾倒至钢包内，向钢包内加入铁合金进行脱氧合金化，搅拌混匀；
c、配加热渣：将适量的热渣兑入钢包，加入热渣的比例为2.5kg/吨钢水，所述热渣为连铸工序中钢包浇注后返回的液态精炼渣；
d、LF二段法精炼
第一段精炼：步骤b炼制的钢水到达LF精炼炉，接通氩气破壳，分批加入精炼渣，石墨电极给电加热熔化，通入氩气强搅拌：分批次将脱氧剂加入渣面上，造泡沫白渣，控制铁氧化物含量和锰氧化物含量之和不大于0.5wt％，加热温度达到1570～1600℃，进入第二段精炼；
第二段精炼：加入石英砂，精炼渣碱度降低到1.8以下，控制温度在1600℃，加入硅铁粉和碳化硅保持白渣，软吹；
精炼渣包括精炼石灰和萤石，精炼石灰的加入量为4.5-5.0kg/t钢水，萤石的加入量为0.5-1.0kg/t钢水；所述脱氧剂包括碳化硅和铝粉；所述精炼渣的组成成分为CaO 55～60％，Al2O3 15～20％，SiO2 5～15％，MgO 6～10％；
e、连铸：软吹结束后吊钢进行浇注，起吊温度1560～1575℃，浇注过程全程保护，电磁搅拌，中包温度1535℃～1550℃，拉速为2.0～2.2m/min，得到焊丝钢：所述焊丝钢中钙含量≤8ppm、铝含量≤20ppm和氮含量≤30ppm。
2.根据权利要求1所述的低Ca、低Al焊丝钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤e中电磁搅拌为结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌组合。
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