CN109161785A - 降低无铝脱氧钢中b类夹杂物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，包括如下步骤：1)转炉炼钢：避免过氧化出钢；出钢时采用低铝硅钡钙、硅铁和中碳锰铁进行脱氧合金化，再加入石灰和萤石，钢水中硅含量控制在0.55wt％～0.65wt％；2)LF炉精炼：LF炉加热化渣中分批次加入石灰和萤石，终渣碱度控制在2.0～3.0；钢水中硅含量控制在0.60wt％～0.70wt％，氩气80～200L/min软吹10～20min后进真空处理；3)RH炉精炼：RH炉在极限真空度下保持15～25min后破空，再将氩气流量调至150～250L/min，吹氩1～3min后将氩气流量调至80～200L/min，软吹8～15min后离站上铸机。本发明通过工艺改进降低了钢产品中B类夹杂物的超标率。

Description

降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法
技术领域
本发明涉及一种无铝脱氧钢的质量改进方法，特别是指一种降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法。
背景技术
B类夹杂物是钢轨产生疲劳断裂的主要原因，新铁标对350km/h高速重轨夹杂物要求B类≤1级，w(Alt)≤40×10-6。采用无铝脱氧工艺，基本上能消除Al2O3夹杂，将B类夹杂控制在较低水平。
申请号为201310629016.4的中国专利申请公开了一种经济高效的高速重轨钢无铝脱氧方法，该方法是在一个出钢周期的三个不同时段分别加入脱氧剂，所述第一次加入的脱氧剂包括：金属锰：0.64～0.68％、特硅：0.19～0.24％、硅钙钡：0.04～0.06％，所述第二次加入的脱氧剂包括：金属锰：0.36～0.40％、特硅：0.09～0.12％、硅钙钡：0.04～0.06％，所述第三次加入的脱氧剂包括：金属锰：0.14～0.17％、特硅：0.04～0.06％、硅钙钡：0.25～0.38％，余量为铁和其他不可避免的杂质。前述无铝脱氧方法可满足重轨钢氧含量的要求，并且能够在一定程度上降低B类夹杂含量。
但在生产实际中，由于耐材、下渣、合金、渣料带入等原因，钢水中不可避免的含有铝。生产过程中，钢水中w(Alt)≥40×10-6的现象时有发生，B类夹杂物超标率平均为2.63％，导致高速重轨降级甚至判废，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法。
为实现上述目的，本发明所提供的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，包括如下步骤：
1)转炉炼钢：
转炉炼钢时控制钢水中碳元素不低于0.04wt％(质量百分比，下同)，避免过氧化出钢；出钢时采用无铝脱氧合金采用低铝硅钡钙、硅铁和中碳锰铁(比例根据产品元素成分要求而定)进行脱氧合金化，再加入石灰和萤石，出完钢后，钢水中硅含量控制在0.55wt％～0.65wt％；
2)LF炉精炼：
LF炉加热化渣中分批次加入石灰和萤石，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.0～3.0；
化渣后，补充硅铁将钢水中硅含量控制在0.60wt％～0.70wt％，成分调整后，将氩气流量调整至80～200L/min，软吹10～20min后进真空处理；
3)RH炉精炼：
RH炉在极限真空度下保持15～25min后破空，破空后将氩气流量调至150～250L/min，吹氩1～3min后将氩气流量调至80～200L/min，软吹8～15min后离站上铸机。
优选地，所述步骤1)中，转炉出钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.60wt％～0.65wt％。
优选地，所述步骤1)中，出钢时加入的石灰总量为每吨钢水2.5～4.2kg，萤石总量为每吨钢水0.4～0.84kg。
优选地，所述步骤2)处理后钢水中总铝质量含量在40×10-6以下。
优选地，所述步骤2)中，补充硅铁将钢水中硅含量控制在0.65wt％～0.70wt％。
优选地，所述步骤2)中，分批加入的石灰总量为2.5～4.2kg每吨钢水，萤石总量为0.4～0.84kg每吨钢水。
优选地，所述步骤2)加入硅铁总量≤2.63kg/t。
优选地，所述步骤3)中，极限真空度不高于绝对真空度100Pa。
以下对本发明的关键工艺参数进行说明。
钢水中有关铝和硅的反应如下：
1/2[Si]+1/3(Al2O3)＝2/3[Al]+1/2(SiO2) (1)
其中，[Si]、[Al]为钢水中成分，(Al2O3)、(SiO2)为渣中成分，为减少B类夹杂物，需减小进入钢水中的总铝含量Alt，即应抑制反应(1)的进行。对高速重轨的渣样进行统计分析，渣中的Al2O3含量在3％～6％之间，对反应的影响不大，反应主要受碱度和[Si]的控制。
1)碱度的控制
分析表明，在LF炉精炼过程中，当炉渣碱度从2～5变化时，钢水中Alt的含量随碱度的增加而增大，特别是在碱度为3～5之间时，Alt的含量增加幅度更大，钢水中w(Alt)平均增加量达到20×10-6。因此，在满足钢水造白渣脱氧、脱硫的精炼条件下，控制碱度在2～3之间，可降低渣中Al2O3的活度，抑制反应(1)的进行。
2)硅含量的控制
加入硅铁进行脱氧及合金化，会促进反应(1)的进行，特别是在LF炉精炼后期，温度1580～1600℃，熔渣已脱氧变白时，此时加入硅铁进行合金化，精炼过程钢水中w(Alt)增加明显，对产品B类夹杂物的控制不利。
分析表明，当碱度相差不大时，硅铁加入量增加使钢水中w(Alt)的增加量变大，并且随着硅铁加入量的增大，w(Alt)的增加幅度也增大。吨钢硅铁加入量≤2.63kg，钢水中硅含量增加值≤0.15％时，精炼过程钢水中w(Alt)平均增加小于20×10-6。
在精炼过程中，脱氧及合金化应在精炼前期进行，转炉脱氧合金化过程将钢水中硅含量控制在0.55％～0.65％之间，LF炉精炼过程将钢水中硅含量控制在0.60％～0.70％之间，减少精炼过程硅铁的加入量，降低精炼过程钢水中w(Alt)的增加量。
3)其他工艺参数说明
转炉出钢时加入石灰起到保温和调整渣碱度的作用，加入萤石可降低渣的粘度，提高渣的流动性。
LF炉精炼进行软吹时，80～200L/min的氩气流量、10～20min的软吹氩气时间可以有效的去除钢液中的非金属夹杂物，减少RH进站时的夹杂物可大幅降低RH终点夹杂物数量。
RH炉精炼时，钢水在极限真空度下保持15～25min结束。由于真空处理过程中存在温降，结束后熔渣结壳变黏，因此软吹前将氩气流量调至150～250L/min，待炉渣软化后氩气流量调至80～150L/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过控制终渣碱度、硅铁含量等方式，使钢水中w(Alt)含量得到降低，整个过程钢水中w(Alt)≤40×10-6，产品中B类夹杂物超标率由2.63％降为0.11％～1.1％。
具体实施方式
下面以重轨钢U75V为例，结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
工艺流程：喷吹脱硫—转炉吹炼—LF炉精炼—RH炉精炼—方坯连铸。
1)转炉吹炼工艺
转炉出钢碳按0.08％的目标值控制(下文中百分数如未特别说明，均为质量百分数)，避免过氧化出钢，出钢时采用低铝硅钡钙，硅铁，中碳锰铁进行脱氧合金化，出钢时采用滑板挡渣，转炉控制下渣量，出钢时加入石灰400kg(钢水总量为120吨，下同)，萤石80kg，出完钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.55％。
2)LF炉精炼工艺
LF炉加热化渣中分批次加入石灰、萤石，加入石灰总量为400kg，萤石总量为80kg，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.5～3.0之间。脱氧化渣后，将钢水中硅含量控制在0.68％，将氩气流量调整至110L/min，软吹15min后进真空处理。
3)RH炉精炼工艺
RH炉在极限真空度下保持20min后破空，破空后将氩气流量调至200L/min，吹氩2min后将氩气流量调至100L/min，软吹时间10min，然后离站上铸机。
实施例2
工艺流程：喷吹脱硫—转炉吹炼—LF炉精炼—RH炉精炼—方坯连铸
1)转炉吹炼工艺
转炉出钢碳按目标值0.08％控制，避免过氧化出钢，出钢时采用低铝硅钡钙，硅铁，中碳锰铁进行脱氧合金化，出钢时采用滑板挡渣，转炉控制下渣量，出钢时加入石灰400kg，萤石80kg，出完钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.60％。
2)LF炉精炼工艺
LF炉加热化渣中分批次加入石灰、萤石，加入石灰总量为400kg，萤石总量为80kg，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.5～3.0之间。脱氧化渣后，将钢水中硅含量控制在0.68％，将氩气流量调整至110L/min，软吹15min后进真空处理。
3)RH炉精炼工艺
RH炉在极限真空度下保持20min后破空，破空后将氩气流量调至200L/min，吹氩2min后将氩气流量调至100L/min，软吹时间10min，然后离站上铸机。
实施例3
工艺流程：喷吹脱硫—转炉吹炼—LF炉精炼—RH炉精炼—方坯连铸
1)转炉吹炼工艺
转炉出钢碳按目标值0.08％控制，避免过氧化出钢，出钢时采用低铝硅钡钙，硅铁，中碳锰铁进行脱氧合金化，出钢时采用滑板挡渣，转炉控制下渣量，出钢时加入石灰400kg，萤石80kg，出完钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.65％。
2)LF炉精炼工艺
LF炉加热化渣中分批次加入石灰、萤石，加入石灰总量为400kg，萤石总量为80kg，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.5～3.0之间。脱氧化渣后，将钢水中硅含量控制在0.68％，将氩气流量调整至110L/min，软吹15min后进真空处理。
3)RH炉精炼工艺
RH炉在极限真空度下保持20min后破空，破空后将氩气流量调至200L/min，吹氩2min后将氩气流量调至100L/min，软吹时间10min，然后离站上铸机。
实施例4
工艺流程：喷吹脱硫—转炉吹炼—LF炉精炼—RH炉精炼—方坯连铸
1)转炉吹炼工艺
转炉出钢碳按目标值0.08％控制，避免过氧化出钢，出钢时采用低铝硅钡钙，硅铁，中碳锰铁进行脱氧合金化，出钢时采用滑板挡渣，转炉控制下渣量，出钢时加入石灰400kg，萤石80kg，出完钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.55％。
2)LF炉精炼工艺
LF炉加热化渣中分批次加入石灰、萤石，加入石灰总量为400kg，萤石总量为80kg，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.0～2.5之间。脱氧化渣后，将钢水中硅含量控制在0.60％，将氩气流量调整至80L/min，软吹10min后进真空处理。
3)RH炉精炼工艺
RH炉在极限真空度下保持15min后破空，破空后将氩气流量调至150L/min，吹氩1min后将氩气流量调至80L/min，软吹时间8min，然后离站上铸机。
实施例5
工艺流程：喷吹脱硫—转炉吹炼—LF炉精炼—RH炉精炼—方坯连铸
1)转炉吹炼工艺
转炉出钢碳按目标值0.08％控制，避免过氧化出钢，出钢时采用低铝硅钡钙，硅铁，中碳锰铁进行脱氧合金化，出钢时采用滑板挡渣，转炉控制下渣量，出钢时加入石灰400kg，萤石80kg，出完钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.65％。
2)LF炉精炼工艺
LF炉加热化渣中分批次加入石灰、萤石，加入石灰总量为400kg，萤石总量为80kg，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.5～3.0之间。脱氧化渣后，将钢水中硅含量控制在0.70％，将氩气流量调整至200L/min，软吹20min后进真空处理。
3)RH炉精炼工艺
RH炉在极限真空度下保持25min后破空，破空后将氩气流量调至250L/min，吹氩3min后将氩气流量调至150L/min，软吹时间15min，然后离站上铸机。
本发明实施例1～3的成品氧含量、硫含量、铝含量分析结果见下表。
表1各实施例成品参数
类别 成品氧含量(％) 成品硫含量(％) 成品铝含量(％)
实施例1 0.00172 0.0045 0.0035
实施例2 0.00168 0.0047 0.0032
实施例3 0.00153 0.0042 0.0028
实施例4 0.00178 0.0046 0.0032
实施例5 0.00152 0.0041 0.0036
从上表可以看出，各实施例成品均满足新铁标对350km/h高速重轨夹杂物的要求，即B类≤1级，w(Alt)≤40×10-6。

Claims (8)

1.一种降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)转炉炼钢：
转炉炼钢时控制钢水中碳元素不低于0.04wt％，避免过氧化出钢；出钢时采用低铝硅钡钙、硅铁和中碳锰铁进行脱氧合金化，再加入石灰和萤石，出完钢后，钢水中硅含量控制在0.55wt％～0.65wt％；
2)LF炉精炼：
LF炉加热化渣中分批次加入石灰和萤石，确保熔渣具有良好的流动性，终渣碱度控制在2.0～3.0；
化渣后，补充硅铁将钢水中硅含量控制在0.60wt％～0.70wt％，成分调整后，将氩气流量调整至80～200L/min，软吹10～20min后进真空处理；
3)RH炉精炼：
RH炉在极限真空度下保持15～25min后破空，破空后将氩气流量调至150～250L/min，吹氩1～3min后将氩气流量调至80～150L/min，软吹8～15min后离站上铸机。
2.根据权利要求1所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤2)处理后钢水中总铝质量含量在40×10-6以下。
3.根据权利要求1所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤1)中，转炉出钢合金化后，钢水中硅含量控制在0.60％～0.65％。
4.根据权利要求1所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤1)中，出钢时加入的石灰总量为2.5～4.2kg每吨钢水，萤石总量为0.4～0.84kg每吨钢水。
5.根据权利要求1所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤2)中，补充硅铁将钢水中硅含量控制在0.65wt％～0.70wt％。
6.根据权利要求1所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤2)中，分批加入的石灰总量为每吨钢水2.5～4.2kg，萤石总量为每吨钢水0.4～0.84kg。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤2)加入硅铁总量≤2.63kg/t。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的降低无铝脱氧钢中B类夹杂物的方法，其特征在于：所述步骤3)中，极限真空度不高于绝对真空度100Pa。
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