CN108504822A - 一种控制超低碳钢中小粒径氧化铝夹杂物形貌的方法 - Google Patents

一种控制超低碳钢中小粒径氧化铝夹杂物形貌的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制超低碳钢中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，属于炼钢精炼技术领域。该方法能够在RH精炼过程中将没有上浮去除的小粒径Al2O3夹杂物表面变性，生成CaO‑Al2O3类夹杂物，这类夹杂物不易聚集长大，对超低碳钢材性能影响较小，同时不易在结晶器水口内壁粘贴富集，造成水口堵塞。

Description

一种控制超低碳钢中小粒径氧化铝夹杂物形貌的方法
技术领域
本发明涉及一种控制超低碳钢中小粒径氧化铝(下文简称“Al2O3”)夹杂物形貌的方法，属于炼钢精炼技术领域。
背景技术
在超低碳钢的生产过程中，铝脱氧产生的夹杂物主要包括簇群状Al2O3夹杂物、块状Al2O3夹杂物以及粒状Al2O3夹杂物。其中一次生成的簇群状Al2O3容易快速聚集上浮排除，在中间包中基本难以发现粒径较大的一次簇群状Al2O3夹杂物；而块状和粒状Al2O3夹杂物，由于有尖利棱角，与钢液的浸润性较差，容易聚集，会逐渐形成二次簇群Al2O3夹杂物，直至中间包、结晶器工序，因而容易在铸坯中产生大颗粒的Al2O3夹杂物。
在实际生产过程中，脱氧产生的一次簇群状Al2O3夹杂物能够在RH精炼过程中上浮去除，不会对最终钢材产生危害；但块状和粒状的Al2O3夹杂物，由于尺寸在10μm以下，精炼过程中很难去除，在浇铸过程中容易聚集长大，同时在浇铸过程中容易在水口聚集，造成水口堵塞，影响生产顺行，并最终危害钢材质量。
为了避免脱氧产生的Al2O3夹杂物聚集，并最终停留在铸坯中，通常采用的方法主要包括：(1)延长时间，让夹杂物尽量上浮，但是由于受生产顺行要求的影响，难以保证完全排除；(2)在RH中加入钙铁，改变夹杂物形貌，但是钙处理往往不均匀，容易出现大粒径的钙铝酸盐和氧化钙类夹杂物，不利于排除，对钢材性能危害大。
发明内容
针对上述超低碳钢小粒径Al2O3夹杂物带来的问题，本发明提供了一种控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，旨在对没有上浮去除的小粒径Al2O3夹杂物进行表面变性，在不影响超低碳钢材性能的同时阻止其聚集。
本发明涉及一种控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其包括：
(1)钢液进入RH后，快速抽真空进行脱碳；
(2)加铝脱氧；
(3)所述脱氧结束后，纯循环2-4分钟；
(4)再加入合金化金属进行合金化；
(5)所述合金化完成后再进行纯循环2-5分钟；
(6)降低循环流量为1500-2000NL/min；真空度控制为12-15Kpa；
(7)循环流量和真空度达到目标值后，分n批次向真空室加入生石灰，2≤n≤20；
(8)再进行纯循环3-5min；
(9)破真空，结束精炼。
发明详细描述
本发明所述“小粒径Al2O3”是指RH精炼过程中上浮无法去除的尺寸小于等于10μm的块状或粒状Al2O3夹杂物。这些小粒径Al2O3夹杂物在浇铸过程中容易聚集长大，同时易于在水口聚集，造成水口堵塞，影响生产顺行，并最终危害钢材质量。
本发明提供了一种控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其包括：
(1)钢液进入RH后，快速抽真空进行脱碳；
(2)加铝脱氧；
(3)所述脱氧结束后，纯循环2-4分钟；
(4)再加入合金化金属进行合金化；
(5)所述合金化完成后再进行纯循环2-5分钟；
(6)降低循环流量为1500-2000NL/min；真空度控制为12-15Kpa；
(7)循环流量和真空度达到目标值后，分n批次向真空室加入生石灰，2≤n≤20；
(8)再进行纯循环3-5min；
(9)破真空，结束精炼。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(1)中的真空度控制在0-5Kpa，循环流量控制为2500-3000NL/min，脱碳时间控制在13-18min。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(2)中，加铝量按照以下公式控制：X＝1.125×Y×M/1000/a+T×210×10/b；其中，X为脱氧及合金化所需铝含量，kg；Y为钢液中氧含量，ppm；a为脱氧铝的利用率，55-65％；T为铝含量目标值，％；b为合金化铝收得率，93-97％。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(3)的循环流量控制在2500-3000NL/min，真空室真空度控制为5-10Kpa。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(4)中所述合金化金属选自Mn、Ti或B等合金元素。
在超低碳钢在RH合金化完成后，向真空室加入生石灰(CaO)，该生石灰与钢液发生反应，对钢液中的小粒径Al2O3进行变性处理，在小粒径Al2O3表层生成一层CaO-Al2O3相液态薄膜，该层薄膜可以阻止小粒径Al2O3的聚集长大，同时能够防止Al2O3类夹杂物在结晶器水口内壁粘贴富集，造成水口堵塞。
在加入生石灰前将循环流量降低至1500-2000NL/min，真空度控制为12-15Kpa，以减少生石灰中的Ca挥发，提高Ca的收得率。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(5)的循环流量控制在2500-3000NL/min，真空室真空度控制为5-10Kpa。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(7)中生石灰总加入量控制在1-2kg/t钢。
进一步地，步骤(7)中n优选为3，此时每批次间隔时间为1.5-2.5min。
在本发明所述控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌方法的某些实施方案中，其中步骤(8)的循环流量为1500-2000NL/min；真空度控制为12-15Kpa。
附图说明
图1为传统工艺铸坯中小粒径Al2O3夹杂物聚集的形貌图。
图2为本发明所述铸坯中小粒径Al2O3夹杂物被CaO-Al2O3薄膜包裹的形貌图。
图3为传统工艺与本发明所述工艺生产的铸坯中夹杂物的尺寸分布图。
实施例
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
对比例1
本发明浇铸钢种为低碳钢SDC05，试验在浇铸浇次第四炉进行，采用了传统工艺进行生产，主要成分见表1所示，
表1试验钢种各元素质量分数，wt％
C Si Mn P S Alt Als
0.0014 0.01 0.14 0.012 0.007 0.041 0.039
钢液进入RH后，快速抽真空进行脱碳，真空度为0.01Kpa，循环流量为2500NL/min，脱碳时间15min；
完成脱碳后根据钢液氧含量进行加铝脱氧及合金化，加铝量根据计算为189kg；
脱氧结束后，纯循环2分钟，循环流量2600NL/min，真空室真空度9.8Kpa；
再加入Mn、Ti合金进行合金化；
合金化完成后，循环流量和真空度保持不变，再进行纯循环8分钟；
完成上述操作后破空，并进行浇铸作业。
实施例1
试验浇铸钢种为低碳钢SDC05，主要成分见表2所示，试验在浇铸浇次第二炉进行。
表2试验钢种各元素质量分数，wt％
C Si Mn P S Alt Als
0.0016 0.01 0.14 0.011 0.008 0.034 0.033
钢液进入RH后，快速抽真空进行脱碳，真空度0.01Kpa，循环流量2500NL/min，脱碳时间15min；
完成脱碳后根据钢液氧含量进行加铝脱氧及合金化，加铝量根据计算为213kg；
脱氧结束后，纯循环2分钟，循环流量2600NL/min，真空室真空度10Kpa；
再加入Mn、Ti合金进行合金化；
合金化完成后，循环流量和真空度保持不变，再进行纯循环4分钟；
完成上述步骤后，降低循环流量为1700NL/min，真空度控制为15Kpa，向真空室分三批次加入石灰，每批次间隔时间为2min，石灰总加入量为1.4kg/t铁；
石灰加入完成后，循环流量和真空度保持不变，再进行纯循环4min，此后破真空，结束精炼。完成上述操作后破空，并进行浇铸作业。
铸坯中夹杂物分析
对比例1和实施例1生产的铸坯分别进行夹杂物取样，并对其铸坯厚度1/4处不同宽度的试验进行分析。首先，将试样加工成20×20×20mm的金相试样，并进行打磨和抛光，之后在Aspex夹杂物自动扫描分析电镜上进行夹杂物检测，每个试验分析面积≥100mm2。主要夹杂物形貌分别如图1和图2所示。图1中传统工艺生产的铸坯中小粒径Al2O3夹杂物聚集长大，形成簇群状和珊瑚状的大尺寸夹杂物。相比之下，图2中本发明所述方法生产的铸坯小粒径Al2O3夹杂物均被一层CaO-Al2O3薄膜包裹，夹杂物没有聚集。
此外，通过对比传统工艺与本发明所述工艺生产的铸坯中夹杂物的尺寸分布，得到图3。图中，对于2-5μm的夹杂物，本发明所述方法的数量密度明显高于传统工艺；对于5μm以上的夹杂物，本发明所述方法的数量密度明显小于传统工艺。由此可见，本发明所述方法能够阻止夹杂物的聚集长大。
本发明所述方法通过在RH精炼过程中将没有上浮去除的小粒径Al2O3夹杂物进行表面变性，生成CaO-Al2O3类夹杂物以抑制其聚集长大，对超低碳钢材性能影响较小，同时不易在结晶器水口内壁粘贴富集，造成水口堵塞，延长水口使用寿命。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)钢液进入RH后，快速抽真空进行脱碳；
(2)加铝脱氧；
(3)所述脱氧结束后，纯循环2-4分钟；
(4)再加入合金化金属进行合金化；
(5)所述合金化完成后再进行纯循环2-5分钟；
(6)降低循环流量为1500-2000NL/min，真空度控制为12-15Kpa；
(7)所述循环流量和真空度达到目标值后，分n批次向真空室加入生石灰，2≤n≤20；
(8)再进行纯循环3-5min；
(9)破真空，结束精炼。
2.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(1)中的真空度控制在0-5Kpa，循环流量控制为2500-3000NL/min，脱碳时间控制在13-18min。
3.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(2)中，加铝量按照以下公式控制：X＝1.125×Y×M/1000/a+T×210×10/b，
其中，X为脱氧及合金化所需铝含量，kg；
Y为钢液中氧含量，ppm；
a为脱氧铝的利用率，55-65％；
T为铝含量目标值，％；
b为合金化铝收得率，93-97％。
4.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(3)的循环流量控制在2500-3000NL/min，真空室真空度控制为5-10Kpa。
5.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(4)中所述合金化金属选自Mn、Ti或B等合金元素。
6.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(5)的循环流量控制在2500-3000NL/min，真空室真空度控制为5-10Kpa。
7.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(7)中所述生石灰总加入量控制在1-2kg/t钢。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(7)中n优选为3，此时每批次间隔时间为1.5-2.5min。
9.如权利要求1所述的控制超低碳钢液中小粒径Al2O3夹杂物形貌的方法，其特征在于，步骤(8)的循环流量为1500-2000NL/min；真空度控制为12-15Kpa。
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