CN110205445A - 一种在钢包加入金属铋的合金化方法 - Google Patents

Abstract

一种在钢包加入金属铋的合金化方法：转炉冶炼并出钢至钢包中；在RH精炼处理；铋合金化；保护浇注和后工序生产。本发明中铋在头坯、中间坯、尾坯三者之间分布均匀，即铋的含量波动在±2%，铋的收得率稳定在40%，且上下波动不超过2%。

Description

一种在钢包加入金属铋的合金化方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及含铋钢的冶炼，具体涉及一种在钢包加入金属铋的合金化方法。

背景技术

铋是晶界偏析元素，加入取向硅钢中可以沿晶界偏聚阻碍初次晶粒长大，并在后期退火过程中加强抑制剂抑制力和延缓抑制剂分解，可明显提高取向硅钢磁感B8(B8＝1.96～2.00T)和降低铁损P17。

铋加入合金钢或不锈钢中，可改善钢的切削性能。采用金属铋替代金属铅，并复配其他化学成分，使得含铋易切削钢既具有铅系易切削钢的易切削性能，又无毒无害。

铋是一种低沸点高蒸汽压金属元素，其熔点约为271℃，沸点约1560℃，不易进入钢中，在1450～1550℃钢中蒸汽压高达0.133kPa以上。金属铋的密度为9.8g/cm3，比钢水的密度大，加入钢水后铋颗粒容易沉聚在钢包底部造成钢中铋分布不均匀。

目前向钢水中加入铋的加方式主要有两种，一种采用在连铸中间包或结晶器喂线加入，另一种是在连铸浇注前向钢包中加入金属铋或铋合金。检索向钢水中添加金属铋的相关文献，相关文献如下：

日本专利特开2007-14438中提供了一种添加铋或铋合金的方法。该专利中，通过在连铸中间包添加铋或铋合金包芯线，同时在侵入式水口出钢口上方、结晶器或铸型外设置电磁搅拌装置搅拌，可以使铋收得率高于70％。此方法铋的添加装置和铋合金包芯线的加工比较复杂，成本较高，在向中间包喂线过程中，由于中间包渣壳形成或渣粘连包芯线都会造成喂线中断，最终会造成板坯中铋含量分布不均。

中国专利公开号为CN103667592的文献中，公开了一种含铋合金钢中铋元素的弥散均匀分布方法，该专利中采用耐火材料制作的合金加料管，在钢水精炼后，插入钢液面下100～300mm，然后再通过该合金加料管加入铋颗粒。该方法可以直接将金属铋加入钢液中，避免在渣层和钢液面停留而造成的气化挥发，但耐火材料制作的加料管在使用过程中容易被钢渣堵塞，使用次数有限，使用前必须进行烘烤，现场人工操作难度大。

中国专利公开号CN105506220的文献中，公开了一种含铋高磁感取向硅钢冶炼中加入铋的方法。该专利中将粒度10～100mm的金属铋块封装在铁质锥形桶中，在真空钢水处理结束后直接将锥形桶放入钢水中并底吹氩气均匀化。该方法将金属铋封装在特制容器中，使其在钢水中下沉过程中熔化避免气化挥发。该方法在钢包液面渣层太厚时加入的金属铋无法下落进入钢水导致大量气化挥发，且加入钢液位置无法精确定位，在金属铋加入到钢水循环死区时，大颗粒的金属铋块直接下沉聚集在钢包底部，造成收得率波动大，铋颗粒在钢包底部聚集严重时还会造成堵塞透气砖。

中国专利公开号CN103388050的文献中，公开了一种易切削钢液中低熔点金属铋的添加方法。该专利中将金属铋粉与铁粉以一定质量比混合制成包芯线，以喂线方式加入，钢液面添加足够厚的渣层避免铋的挥发损失。该方法同样存在喂线装备和包芯线加工复杂，成产成本高的问题。

中国专利公开号CN107299272的文献中，公开了一种含铋易切削不锈钢的熔炼工艺。该专利中在真空感应熔炼过程加入金属铋，金属铋粒用铜或镍包覆，通过专用的加料机构将铋颗粒在压缩惰性气体的作用下，快速均匀地喷射到真空炉内的钢液中。该方法加料机构比较复杂，生产成本高，不适用于大生产现场。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的铋分布不均匀、收得率波动大等不足，提供了一种在头坯、中间坯、尾坯三者之间分布均匀，即铋的含量波动在±2％，铋的收得率稳定在40％，且上下波动不超过2％的钢包加入铋的合金化方法。

实现上述目的的措施：

一种在钢包加入金属铋的合金化方法，其步骤：

1)进行转炉冶炼并出钢至钢包中；

2)钢包中钢水在RH工序进行精炼处理，按照常规及要求在钢水中加入除铋元素以外的其它化学成分；精炼结束时钢水温度控制在1530℃～1590℃；

3)进行铋合金化

钢水在RH精炼结束后，随即进行底吹氩气；当观察到钢液面翻腾时，通过加料小车立即将按照Bi含量要求封装好的至少一个盛铋容器加入到钢包指定区域，有多个盛铋容器时连续加入直至结束；在铋加入结束后继续底吹氩气2～3分钟；在此期间一直在底吹氩气，且底吹氩气流量控制在2～30L/min；装入盛铋容器内的铋的粒度在1～10mm；

封装后盛铋容器总重量控制在5～15kg；并要在5秒内盛铋容器被钢水埋没；

4)钢水吊运至连铸平台进行保护浇注和后工序生产。

其在于：所述盛铋容器由厚度在0.30～0.90mm的铁板制成。

其在于：所述封装后盛铋容器加入到钢包指定区域是指：以底吹氩钢液面翻腾处为圆心，半径在450～500mm的圆面积区域内。

进一步地：所述封装后盛铋容器总重量控制在5～12kg。

本发明之所以将铋的粒度控制在1～10mm，是由于铋粒度若小于1mm，加入熔化过程气化严重，收得率不稳定；粒度大于10mm，铋颗粒未完全熔化均匀就沉入钢包底部，造成铋元素在钢液中分布不均匀。在同一炉钢水钢包底部、中部、上部钢水浇注成板坯对应的头坯、中间坯、尾坯的铋含量差异较大，由于铋的密度大，不均匀性主要是头坯铋含量高，中间坯和尾坯铋含量低。

本发明之所以控制封装后盛铋容器总重量控制在5～15kg，优选地在5～12kg，是由于封装后铋容器重量若小于5kg，加入后易被渣层阻挡，在钢液面停留时间过久而气化挥发；若大于15kg，加入熔化时局部铋浓度过高产生大量烟气造成收得率不稳定。由于被渣层阻挡或局部浓度过高产生大量烟气使得不同炉次铋的收得率在8％～40％之间波动，造成无法精确计算金属铋加入量。

本发明之所以在钢水翻腾时加入封装后盛铋容器，是由于钢水在翻腾时，可以延缓其下落速度，使金属铋在下落至底部前充分均匀熔化。

本发明之所以限定加入封装后盛铋容器的区域范围，即以钢水翻腾中心处为圆心，以480～500mm为半径的圆面积区域，及要求在5秒内并被钢水所淹没，是因为该区域在底吹氩气作用下，钢液向上流动，金属铋加入后不会快速下沉至钢包底部，铋颗粒在铁制容器熔化分散后在钢液向上流动带动下在钢包中部循环均匀化。

本发明之所以限定盛铋容器的铁板厚度在0.30～0.90mm，是由于铁制容器厚度小于0.30mm时，在加入接触钢水时铁制板快速熔化后铋颗粒在钢液上部分散熔化时易气化挥发；铁制容器厚度大于0.90mm时，金属铋颗粒在下沉至钢包底部才开始熔化，铋颗粒易聚集在钢包底部，即使长时间底吹氩搅拌也很难将其均匀化，铋颗粒在钢包底部聚集过多时还会堵塞钢包底部透气砖，给现场生产带来困难。

与现有技术相比，本发明中铋在头坯、中间坯、尾坯三者之间分布均匀，即铋的含量波动在±2％，铋的收得率稳定在40％，且上下波动不超过2％。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的主要工艺取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例铋的检测情况。

各实施例均按照以下步骤进行：

1)进行转炉冶炼并出钢至钢包中；

2)钢包中钢水在RH工序进行精炼处理，按照常规及要求在钢水中加入除铋元素以外的其它化学成分；精炼结束时钢水温度控制在1530℃～1590℃；

3)进行铋合金化

钢水在RH精炼结束后，随即进行底吹氩气；当观察到钢液面翻腾时，通过加料小车立即将按照Bi含量要求封装好的至少一个盛铋容器加入到钢包指定区域，有多个盛铋容器时连续加入直至结束；在铋加入结束后继续底吹氩气2～3分钟；在此期间一直在底吹氩气，且底吹氩气流量控制在2～30L/min；装入盛铋容器内的铋的粒度在1～10mm；封装后盛铋容器总重量控制在5～15kg；并要在不超5秒内盛铋容器被钢水埋没；

4)钢水吊运至连铸平台进行保护浇注和后工序生产。

表1本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表

表2本发明各实施例及对比例铋的检测情况

从表2可以看出，当铋颗粒的大小、封装后盛铋容器的重量、以及加入的区域在本发明限定范围时，头坯、中间坯、尾坯三者之间分布均匀，即铋的含量波动在±2％，铋的收得率波动在40％，且上下波动不超过2％；当不在本发明的限定范围时，则铋分布就不均匀，头坯、中间坯、尾坯三者之间铋的含量波动远高于±2％，且钢包底部浇注出来对应的头坯铋含量较高，甚至造成钢包透气砖堵塞。收得率的波动值也较大。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (4)

1.一种在钢包加入金属铋的合金化方法，其步骤：

1）进行转炉冶炼并出钢至钢包中；

2）钢包中钢水在RH工序进行精炼处理，按照常规及要求在钢水中加入除铋元素以外的其它化学成分；精炼结束时钢水温度控制在1530℃~1590℃；

3）进行铋合金化

钢水在RH精炼结束后，随即进行底吹氩气；当观察到钢液面翻腾时，通过加料小车立即将按照Bi含量要求封装好的至少一个盛铋容器加入到钢包指定区域，有多个盛铋容器时连续加入直至结束；在铋加入结束后继续底吹氩气2~3分钟；在此期间一直在底吹氩气，且底吹氩气流量控制在2~30L/min；装入盛铋容器内的铋的粒度在1~10mm；封装后盛铋容器总重量控制在5~15kg；并要在不超过5秒内盛铋容器被钢水埋没；

4）钢水吊运至连铸平台进行保护浇注和后工序生产。

2.如权利要求1所述的一种在钢包加入金属铋的合金化方法，其特征在于：所述盛铋容器由厚度在0.30~0.90mm的铁板制成。

3.如权利要求1所述的一种在钢包加入金属铋的合金化方法，其特征在于：所述封装后盛铋容器加入到钢包指定区域是指：以底吹氩钢液面翻腾处为圆心，半径在450~500mm的圆面积区域内。

4.如权利要求1所述的一种在钢包加入金属铋的合金化方法，其特征在于：所述封装后盛铋容器总重量控制在5~12kg。