CN108842033B - 一种精炼过程中硼元素的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸钢件冶炼技术领域，主要涉及精炼炉冶炼含硼钢水时硼元素的加入及控制方法。提供一种精炼过程中硼元素的控制方法，该方法采用EAF→LF→VOD→LF→浇注的工艺生产，为提高B元素的回收率及准确性，本发明选择在VOD后LF阶段加入B元素；通过本发明的控制方法，B含量的回收率能达到65%左右，较现有技术40%的回收率提高至25%；且可准确无误的控制B元素在钢液中的含量，B元素含量的准确率98%以上，同时提高生产效率，避免了因B含量超标而导致钢液报废。

Description

一种精炼过程中硼元素的控制方法

技术领域

本发明属于铸钢件冶炼技术领域，主要涉及精炼炉冶炼含硼钢水时硼元素的加入及控制方法。

背景技术

硼（B）作为一种合金元素在钢中应用的时间较短，最早把B作为合金元素的工业化应用是在1934年，目的是为了增加钢的淬透性。微量的B可以极大提高钢的淬透性，而其他贵重元素如Cr、Ni、Mn等要达到同样的效果，则其含量必须是B的几十倍甚至上百倍。B作为提高钢水淬透性的合金元素，在钢中的含量较低，一般低于30×10^-6，当B的质量分数超过0.01%时，组织中出现硬脆的硼化物，此时钢的韧性较低。因为硼是地壳中含量相对丰富的一种元素，将其作为合金元素应用，可以大量节省贵重元素，对工业生产和国防建设都有积极的意义。

由于B在化学周期表中位于第2周期，是ⅢA族的第一个元素，原子序数为5，介于金属与非金属之间，所以B的化学性质极为活泼，很容易与钢中的O、N结合，使B失去作用，而且钢中的B含量又极少，所以在冶炼含B的钢水时如何使B均匀稳定的分布在钢水中需要重点研究。

发明内容

本发明提供一种精炼过程中硼元素的控制方法，在实际的冶炼生产中，含B元素钢种中B的含量一般在0.008～0.011%之间，属于极微量元素，而B元素在钢液中又极为活泼，很容易被钢液中的O、N等元素氧化，如何在含量极低、容易被氧化的情况下准确的控制B在钢液中的含量及提高其回收率是本发明的目的。

综上所述钢液中B元素的控制难度大主要是因为B在钢液中的含量低，仅为0.008～0.011%，以及B极容易被氧化造成的，钢液中B含量是标准要求的，因此只能从减少B在钢液中的氧化来达到控制的目的，而钢液中的B主要跟O、N两种元素结合，所以可以从控制钢液中的O、N两种元素来达到效果。

一种精炼过程中硼元素的控制方法，该方法是采用EAF→LF→VOD→LF→浇注的工艺生产，为提高B元素的回收率及准确性，本发明选择在VOD后LF阶段加入B元素；本发明方法包括：

VOD炉吹氧量的控制：

在冶炼过程中判断钢水的废气温度变化，废气温度曲线由上升变为下降时，在2min内停止吹氧，开启下一级真空泵，继续抽高真空，进入到高真空，高真空时间保持15～20min后加入AL进行还原，AL的加入量为1.5～2.0kg/吨钢，然后破真空，出钢至LF炉进一步精炼；

LF炉氧含量的控制：首先加入3～5kg/吨钢的AL进行还原，10min后测量氧活性，如果氧活性大于5ppm，继续加入AL，直至氧活性小于5ppm，此时陆续加入除B外的其余合金元素，过程中陆续加入5～10kg 的AL，待钢液氧活性小于5ppm保持1h；取渣样观察钢渣颜色，若钢渣颜色呈黑色或灰色，继续加入AL，直至钢渣颜色呈黄色；若钢渣颜色呈黄色则钢液已还原彻底，根据钢液重量计算B的加入量，将所述B的加入量一次加入钢液中，并控制B元素的含量在0.01～0.011%之间。

为了更好的实现本发明，在“LF炉氧含量的控制”步骤中，将所述B的加入量一次加入钢液中之前加入N，并将N的含量控制在0.015～0.022% 之间。

本发明的有益效果是：

（1）通过本发明的控制方法，B含量的回收率能达到65%左右，较现有技术40%的回收率提高至25%；

（2）B元素含量的准确率98%以上，通过本发明的控制方法准确无误的控制B元素在钢液中的含量，而不必因B元素被氧化和还原而无法控制；

（3）虽然B含量在钢液中的含量低，通过本发明的控制方法确保B含量不会超标，同时提高生产效率，避免了因B含量超标而导致钢液报废。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明提供一种精炼过程中硼元素的控制方法。根据目前的材料牌号，含有B元素的合金材料一般为高合金材料，本发明以牌号ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB材料为例，陈述如何实现B元素的控制。

一种精炼过程中硼元素的控制方法，该方法是采用EAF→LF→VOD→LF→浇注的工艺生产，为提高B元素的回收率及准确性，本发明选择在VOD后LF阶段加入B元素，包括以下步骤：

VOD吹氧量的控制：

由于此材料铸件在LF精炼过程中O的来源主要是VOD过程中吹氧合金氧化所致，所以要控制钢液中O的含量，首先要降低O的来源，即VOD过程合金的氧化量。若减少合金氧化量，必须要控制吹氧量。

VOD目的主要是去除C的含量，保留Cr的含量，如何将C的含量降下来，而Cr少氧化，需要根据废气温度的变化趋势来辅助判断，在冶炼过程中通过Wincc运行系统中的数据参数观察废气温度曲线变化情况，当废气温度曲线由上升变为下降时，证明钢液中的C含量已经降下来，O已经停止和C反应，此时应在2min内停止吹氧，开启下一级真空泵，继续抽高真空，当进入到高真空后，钢液中的游离O将继续跟C反应，起到脱碳的效果，防止氧气过吹与钢中的Cr氧化形成氧化铬，高真空时间保持15～20min后加入Al进行还原，Al的加入量为1.5～2.0kg/吨钢水，然后破真空，出钢至LF炉进行进一步精炼。

LF炉氧含量的控制：

步骤“VOD吹氧量的控制”已经控制了吹氧量，减少了钢液中Cr的氧化，但VOD过程中还会有大量的Si、Mn及少量的Cr氧化形成氧化物，所以钢水到达LF炉后，首先加入3～5kg/吨钢（每吨钢液中加入3～5kg的AL）的Al进行还原，10min后使用Celox定氧仪测定氧活性，如果氧活性大于5ppm，继续加入Al，直到氧活性小于5ppm，此时可以陆续加入除B外的其余合金元素，过程中陆续加入5～10kg的 Al，使钢液氧活性小于5ppm保持1h，取渣样观察钢渣颜色，若钢渣颜色由黑色或灰色变成黄色则证明钢液已经还原充分；若钢渣颜色未变成黄色，则继续加Al，直至钢渣颜色呈黄色 。

由于氧活性只能反映钢液中的游离氧，测不出钢渣中的氧化物，而钢渣颜色则可以反映钢渣中氧化物的含量，所以可以通过测氧活性、观察钢渣颜色共同来判断钢液的还原性，如果氧活性小于5ppm，而且钢渣颜色是黄色，则证明钢液已经还原彻底，此时可以根据钢液重量计算B的加入总量并一次性加入B ，为防止后续B的氧化，可以将B的含量控制到规范的上限0.01～0.011%之间，这样可以防止浇注完铸件中的B含量低于0.008%。

进一步的，在“LF炉氧含量的控制”步骤中，将B的一次性加入钢液中之前加入N，并将N的含量控制在0.015～0.022% 之间。由于B会跟钢液中的N结合生成化合物，而根据ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB材质的要求，不仅不能去除N，反而需要加入0.015～0.022%的N来满足性能要求，为了防止加入N后B含量降低到0.008%以下，需要在一次性加入B之前就加入N，并将N的含量控制在0.015～0.022% 之间，这样可以根据B在钢液中的回收率一次性将B含量控制到位。

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 (2)

1.一种精炼过程中硼元素的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

VOD炉吹氧量的控制：在冶炼过程中判断钢水的废气温度变化，废气温度曲线由上升变为下降时，在2min内停止吹氧，开启下一级真空泵，继续抽高真空，高真空时间保持15～20min后加入AL进行还原，AL的加入量为1.5～2.0kg/吨钢，然后破真空，出钢至LF炉进一步精炼；

LF炉氧含量的控制：首先加入3～5kg/吨钢的AL进行还原，10min后测量氧活性，如果氧活性大于5ppm，继续加入AL，直至氧活性小于5ppm，此时陆续加入除B外的其余合金元素，过程中陆续加入5～10kg 的AL，待钢液氧活性小于5ppm保持1h；取渣样观察钢渣颜色，若钢渣颜色呈黑色或灰色，继续加入AL，直至钢渣颜色呈黄色；若钢渣颜色呈黄色则钢液已还原彻底，根据钢液重量计算B的加入量，将所述B的加入量一次加入钢液中，并控制B元素的含量在0.01～0.011%之间。

2.根据权利要求1所述的一种精炼过程中硼元素的控制方法，其特征在于，在“LF炉氧含量的控制”步骤中，将所述B的加入量一次加入钢液中之前加入N，并将N的含量控制在0.015～0.022% 之间。