CN110560650A - 一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，依次包括电炉初炼工序、AOD精炼工序、钢包炉精炼工序以及连铸工序，通过采用精确的钢水过热度、合理的连铸拉坯速度、合理的冷却制度等控制，从而生产出无表面缺陷的含稀土不锈耐热钢(S30815)的连铸板坯。用该方法生产含稀土不锈耐热钢板材，可以提高企业的综合竞争力，同时也为以后进一步生产高强度、轻量化的汽车用钢等产品积累宝贵的生产研发经验。

Description

一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法
技术领域
本发明涉及连铸工艺，更具体地是指一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法。
背景技术
在火力发电领域,使用加压流化床燃烧复合循环的发电设备，推崇利用煤碳的新的高效发电系统,需求抗高温氧化性优异的结构用不锈钢，如SUS310S(25％Cr-20Ni)为代表的高Cr高Ni系列耐热结构用不锈钢。近年以来，通过N含金化和添加稀土元素来提高抗高温氧化性的奥氏体不锈钢，正在逐步研发。
某公司生产的含稀土不锈耐热钢(S30815)含C 0.05-0.10％、Cr 20.00-22.00％、Ni 10.00-12.00％、Si 1.40-2.00％，要求Mn≤0.80％、S≤0.03％、P≤0.040％、N 0.14-0.20％，同时稀土元素Ce0.03-0.08％。由于该钢含Ce且有上、下限控制，而Ce作为主要活泼元素之一，冶炼时不能及时分析，收得率波动大(5％-50％)，易产生成分废品。同时该钢种的熔点与碳钢相比偏低，钢液的流动性差，氮气合金化和稀土添加等问题，是冶炼过程中的工艺难点。
相比于一般的弧形连铸机，立式连铸机由于没有铸坯的弯曲和矫直所产生的应变，在浇铸过程中产生缺陷的几率大大减少。对于引进的奥钢联全新立式连铸机，专门生产高要求的特钢和不锈钢连铸板坯。通过立式连铸机生产含稀土不锈耐热钢连铸板坯，填补了国内连铸生产含稀土不锈耐热钢的空缺，因此开展含稀土不锈耐热钢板材的研制很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，以确保板坯连铸生产含稀土不锈耐热钢(S30815)的表面无缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，依次包括电炉初炼工序、AOD精炼工序、钢包炉精炼工序以及连铸工序，其中，在电炉初炼工序中，通过在交流电弧炉中使装入的炉料熔化变成1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷含量降至0.035％以下；在AOD精炼工序中，在AOD精炼炉中进行精炼钢液的低碳化处理，使精炼钢液的碳含量降到0.05％以下；在钢包炉精炼工序中，在交流式钢包精炼炉中进行精炼钢液的低硫化处理，合金成分的微调以及钢液进入连铸工序温度的控制；在连铸工序中，还包括以下步骤：将钢包内的钢液浇入中间包；使中间包内的钢液通过浸入式水口进入结晶器内，使钢液凝固形成的初始坯壳并逐步下移；出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成含稀土不锈耐热钢板坯。
所述的电炉初炼工序中，在交流电弧炉中进行废钢的熔化，通过通入交流电流和吹入氧气，氧气流量控制在20～40立方米/吨钢，并在过程中补充石灰，间歇性的流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化为1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷的含量降至0.035％以下。
所述的交流电弧炉采用的容量为40吨以上，所述的AOD精炼炉、交流式钢包精炼炉的容量均与交流电弧炉相匹配。
所述的AOD精炼工序中，AOD还原控制Al：Si≥1：1，出钢前根据还原Al含量，按照100％回收配Al至0.10％；
所述的钢包炉精炼工序中，精炼炉开氩气搅拌，搅拌面积大于钢液面40％。
所述的钢包炉精炼工序中，在稀土加入前进行钢包倒渣操作，倒渣操作后，喂入实芯金属钙包芯线1.5～2.5m/t钢水。
所述钢包炉精炼工序中，吊包操作前，升高钢水温度至≥1550℃，加入混合稀土元素5.5～7.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧30min。
所述的中间包为T型中间包，容量为13～18吨，中间包内的钢液的过热度控制在35～45℃内。
所述的连铸工序中，对于板坯厚度150mm*板坯宽度1100～1300mm的板坯，连铸拉速控制在0.76～0.96m/min；对于板坯厚度200mm*板坯宽度1100～1300m的板坯，拉速控制在0.56～0.76m/min。
所述的连铸工序中，对于板坯厚度150mm*板坯宽度1100～1300mm的板坯，结晶器宽面冷却水流量为2500～3000L/分钟，窄面冷却水流量为220～280L/分钟；对于板坯厚度200mm*板坯宽度1100～1300m的板坯，结晶器宽面冷却水流量为2000～2500L/分钟，窄面冷却水流量为250～310L/分钟。
所述的二冷水冷却的强度控制在0.1～0.5L/kg。
所述的连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10～15L/min。
采用本发明的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，具有以下几个优点：
1.连铸生产含稀土不锈耐热钢(S30815)连铸板坯，增加了企业的竞争力；
2.装备和工艺通用性强，不须另添加专用设备，其工艺适合于一般不锈耐热钢的生产；
3.未来前景广阔：本发明含稀土不锈耐热钢(S30815)板坯连铸生产，为以后进一步生产高强度、轻量化的汽车用钢等产品积累宝贵的生产研发经验。
具体实施方式
本发明的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，依次包括电炉初炼工序、AOD精炼工序、钢包炉精炼工序以及连铸工序，其中，在电炉初炼工序中，通过在交流电弧炉中使装入的炉料熔化变成1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷含量降至0.035％以下；在AOD精炼工序中，在AOD精炼炉中进行精炼钢液的低碳化处理，使精炼钢液的碳含量降到0.05％以下；在钢包炉精炼工序中，在交流式钢包精炼炉中进行精炼钢液的低硫化处理，合金成分的微调以及钢液进入连铸工序温度的控制；在连铸工序中，还包括以下步骤：将钢包内的钢液浇入中间包；使中间包内的钢液通过浸入式水口进入结晶器内，使钢液凝固形成的初始坯壳并逐步下移；出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成含稀土不锈耐热钢板坯。
电炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行废钢的熔化。通过通入交流电流和吹入氧气(氧气流量控制在20～40立方米/吨钢)，并在过程中补充石灰，间歇性的流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化为1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷的含量降至0.035％以下；
所述的交流电弧炉采用的容量为40吨以上，所述的AOD精炼炉、交流式钢包精炼炉的容量均与交流电弧炉相匹配。
所述AOD工序中，AOD还原控制Al∶Si≥1∶1，出钢前根据还原Al含量，按照100％回收配Al至0.10％；
所述钢包炉精炼工序中，精炼炉开氩气搅拌，搅拌面积大于钢液面40％为宜；
所述钢包炉精炼工序中，根据分析结果，按照100％配Al至0.05％～0.10％；
所述钢包炉精炼工序中，在稀土加入前进行钢包倒渣操作，倒渣操作后，喂入成分如表1的实芯金属钙包芯线1.5～2.5m/t钢水：
表1
成份名称 CaO MgO S S+50 S-10 SiO2 活性度 其它要求 灼减/烧损
成份值 92.8 1 0.04 0 0 0.2 350 0 4.6
所述钢包炉精炼工序中，吊包操作前，升高钢水温度至≥1550℃加入混合稀土元素5.5～7.5kg/t钢水，弱搅拌时间≥30min(弱搅拌时间过短，稀土元素氧化物无法充分上浮，影响钢水纯净度，从而恶化连铸可浇性)；
所述的中间包的容量为16吨，中间包内的钢液的过热度控制在35～45℃内(如果过热度超过45℃，则容易产生粗大的柱状晶，甚至在连铸生产过程中发生漏钢等事故；过热度低于35℃，则易引起水口冻结，迫使浇铸中断)；
在所述连铸工序中，150mm*1100～1300mm(板坯厚度*板坯宽度)的断面，连铸拉速控制在0.76～0.96m/min(对于板坯拉速，拉速高于0.96m/min，连铸坯不能均匀冷却，容易产生粗大柱状晶；如拉速低于0.76m/min，则影响连铸机生产能力)；所述冷却水流量控制：在板坯厚度*板坯宽度为150mm*1100～1300mm的断面，宽面冷却水流量2500～3000L/分钟，窄面冷却水流量220～280L/分钟。(结晶器由四块铜板组合形成，其中两两对称，形成无底的四边形，较长的边形成的面称为宽面，较短的边形成的面称为窄面)；
所述二冷水冷却的强度控制在0.1～0.5L/kg(二冷强度过大，连铸坯表面易出现纵向裂纹；二冷强度过小，达不到冷却效果)；
所述连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10～15L/min(氩气流量小于10L/min，则减弱了中间包气幕吸附夹杂物上浮的能力；氩气流量大于15L/min，则容易造成涡流，对钢水造成二次污染)；
在上述技术方案中，对于中间包浇入结晶器中的钢液，采用浸入式水口保护，其目的是使高温钢水始终与大气隔离(浸入式水口插入到结晶器钢液面下一定的深度，隔绝了注流与空气的接触，防止钢液注流冲击钢液面上形成飞溅，杜绝了二次氧化)，所述结晶器中的钢液用保护渣覆盖,用保护渣覆盖可以进一步使高温钢水始终与大气隔离。
实施例1：
采用本发明的板坯连铸方法生产含稀土不锈耐热钢S30815：
其工艺流程为：40吨及以上的交流电弧炉(槽式炉出钢，过程添加渣料、脱碳脱氧剂及合金)—相应吨位的AOD精炼炉(氮氧复合吹)—相应吨位的钢包炉(底吹氩)—板坯连铸生产含稀土不锈耐热钢S30815(150*1250mm)(板坯厚度*板坯宽度)
1、电弧炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行废钢的熔化。通过通入交流电流和吹入流量控制在20～40立方米/吨钢的氧气，并在过程中补充≤8公斤/吨钢的石灰，间歇流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化变成1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷含量降至0.035％以下。
2、在AOD精炼炉(容量与交流电弧炉相匹配)上，进行精炼钢水的低碳化，控制精炼钢水的碳含量降到0.007％，并进行钢液合金成分的配入。
3、在钢包炉精炼(容量与交流电炉相匹配)上，在钢包炉精炼工序中，在交流式钢包精炼炉中进行精炼钢液的低硫化、N合金化以及稀土元素等合金成分处理、连铸工序钢水温度准备：
在稀土加入前进行钢包倒渣操作，倒渣操作后，喂入实芯金属钙包芯线1.5-2.5m/t钢水，吊包操作前，升高钢水温度至≥1550℃加入混合稀土元素5.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧30min
4、首先将钢包内的钢液流入盛钢量13吨、其钢水流入速度控制在1.5吨钢液/分钟，对钢包中钢液浇入到中间包的液流，采用吹氩密封长水口加以保护，
5、中间包气幕挡墙氩气流量控制在10L/min，并使用中间包保护渣覆盖
6、中间包内的钢液的过热度控制在35℃，连铸拉速控制在0.96m/min；
7、冷却水流量控制：宽面冷却水流量2500L/分钟，窄面冷却水流量280L/分钟
8、连铸冷却二冷强度控制在0.1L/kg
实施例2：
采用本发明的板坯连铸方法生产含稀土不锈耐热钢S30815：
其工艺流程为：40吨及以上的交流电弧炉(槽式炉出钢，过程添加渣料、脱碳脱氧剂及合金)—相应吨位的AOD精炼炉(氮氧复合吹)—相应吨位的钢包炉(底吹氩)—板坯连铸生产含稀土不锈耐热钢S30815(150*1250mm)(板坯厚度*板坯宽度)
1、电弧炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行废钢的熔化。通过通入交流电流和吹入流量控制在20～40立方米/吨钢的氧气，并在过程中补充≤8公斤/吨钢的石灰，间歇流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化变成1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷含量降至0.035％以下。
2、在AOD精炼炉(容量与交流电弧炉相匹配)上，进行精炼钢水的低碳化，控制精炼钢水的碳含量降到0.007％，并进行钢液合金成分的配入。
3、在钢包炉精炼(容量与交流电炉相匹配)上，在钢包炉精炼工序中，在交流式钢包精炼炉中进行精炼钢液的低硫化、N合金化以及稀土元素等合金成分处理、连铸工序钢水温度准备：
在稀土加入前进行钢包倒渣操作，倒渣操作后，喂入实芯金属钙包芯线1.5-2.5m/t钢水，吊包操作前，升高钢水温度至≥1550℃加入混合稀土元素5.5-7.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧30min
4、首先将钢包内的钢液流入盛钢量16吨、其钢水流入速度控制在2吨钢液/分钟，对钢包中钢液浇入到中间包的液流，采用吹氩密封长水口加以保护，
5、中间包气幕挡墙氩气流量控制在12L/min，并使用中间包保护渣覆盖
6、中间包内的钢液的过热度控制在40℃，连铸拉速控制在0.90m/min；
7、冷却水流量控制：宽面冷却水流量2800L/分钟，窄面冷却水流量250L/分钟
8、连铸冷却二冷强度控制在0.3L/kg
实施例3：
采用本发明的板坯连铸方法生产含稀土不锈耐热钢S30815：
其工艺流程为：40吨及以上的交流电弧炉(槽式炉出钢，过程添加渣料、脱碳脱氧剂及合金)—相应吨位的AOD精炼炉(氮氧复合吹)—相应吨位的钢包炉(底吹氩)—板坯连铸生产含稀土不锈耐热钢S30815(150*1250mm)(板坯厚度*板坯宽度)
1、电弧炉初炼工序，在40吨及以上的交流电弧炉中进行废钢的熔化。通过通入交流电流和吹入流量控制在20～40立方米/吨钢的氧气，并在过程中补充≤8公斤/吨钢的石灰，间歇流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化变成1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷含量降至0.035％以下。
2、在AOD精炼炉(容量与交流电弧炉相匹配)上，进行精炼钢水的低碳化，控制精炼钢水的碳含量降到0.007％，并进行钢液合金成分的配入。
3、在钢包炉精炼(容量与交流电炉相匹配)上，在钢包炉精炼工序中，在交流式钢包精炼炉中进行精炼钢液的低硫化、N合金化以及稀土元素等合金成分处理、连铸工序钢水温度准备：
在稀土加入前进行钢包倒渣操作，倒渣操作后，喂入实芯金属钙包芯线1.5-2.5m/t钢水，吊包操作前，升高钢水温度至≥1550℃加入混合稀土元素5.5-7.5kg/t钢水，弱搅拌时间≥30min
4、首先将钢包内的钢液流入盛钢量18吨、其钢水流入速度控制在2.5吨钢液/分钟，对钢包中钢液浇入到中间包的液流，采用吹氩密封长水口加以保护，
5、中间包气幕挡墙氩气流量控制在15L/min，并使用中间包保护渣覆盖
6、中间包内的钢液的过热度控制在45℃，连铸拉速控制在0.76m/min；
7、冷却水流量控制：宽面冷却水流量3000L/分钟，窄面冷却水流量220L/分钟
8、连铸冷却二冷强度控制在0.5L/kg
表2为各实施例S30815的成分
实施例 C Mn P S Cr Ni Si N Ce
1 0.07 0.64 0.030 0.002 20.50 10.53 1.70 0.18 0.05
2 0.08 0.60 0.025 0.002 21.00 10.72 1.62 0.17 0.04
3 0.08 0.65 0.028 0.001 20.90 10.59 1.88 0.19 0.06
表3为各实施例S30815的实施效果比较
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (12)

1.一种含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：依次包括电炉初炼工序、AOD精炼工序、钢包炉精炼工序以及连铸工序，其中，在电炉初炼工序中，通过在交流电弧炉中使装入的炉料熔化变成1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷含量降至0.035％以下；在AOD精炼工序中，在AOD精炼炉中进行精炼钢液的低碳化处理，使精炼钢液的碳含量降到0.05％以下；在钢包炉精炼工序中，在交流式钢包精炼炉中进行精炼钢液的低硫化处理，合金成分的微调以及钢液进入连铸工序温度的控制；在连铸工序中，还包括以下步骤：将钢包内的钢液浇入中间包；使中间包内的钢液通过浸入式水口进入结晶器内，使钢液凝固形成的初始坯壳并逐步下移；出结晶器后，在二冷段通过电磁搅拌、二冷水冷却，逐渐凝固成含稀土不锈耐热钢板坯。
2.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的电炉初炼工序中，在交流电弧炉中进行废钢的熔化，通过通入交流电流和吹入氧气，氧气流量控制在20～40立方米/吨钢，并在过程中补充石灰，间歇性的流出氧化性炉渣，使装入的炉料熔化为1600～1660℃温度范围内的钢液，并使得钢液中残余磷的含量降至0.035％以下。
3.如权利要求2所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的交流电弧炉采用的容量为40吨以上，所述的AOD精炼炉、交流式钢包精炼炉的容量均与交流电弧炉相匹配。
4.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的AOD精炼工序中，AOD还原控制Al：Si≥1：1，出钢前根据还原Al含量，按照100％回收配Al至0.10％。
5.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的钢包炉精炼工序中，精炼炉开氩气搅拌，搅拌面积大于钢液面40％。
6.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的钢包炉精炼工序中，在稀土加入前进行钢包倒渣操作，倒渣操作后，喂入实芯金属钙包芯线1.5～2.5m/t钢水。
7.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述钢包炉精炼工序中，吊包操作前，升高钢水温度至≥1550℃，加入混合稀土元素5.5～7.5kg/t钢水，弱搅拌时间≧30min。
8.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的中间包为T型中间包，容量为13～18吨，中间包内的钢液的过热度控制在35～45℃内。
9.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的连铸工序中，对于板坯厚度150mm*板坯宽度1100～1300mm的板坯，连铸拉速控制在0.76～0.96m/min；对于板坯厚度200mm*板坯宽度1100～1300m的板坯，拉速控制在0.56～0.76m/min。
10.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的连铸工序中，对于板坯厚度150mm*板坯宽度1100～1300mm的板坯，结晶器宽面冷却水流量为2500～3000L/分钟，窄面冷却水流量为220～280L/分钟；对于板坯厚度200mm*板坯宽度1100～1300m的板坯，结晶器宽面冷却水流量为2000～2500L/分钟，窄面冷却水流量为250～310L/分钟。
11.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的二冷水冷却的强度控制在0.1～0.5L/kg。
12.如权利要求1所述的含稀土不锈耐热钢的板坯连铸方法，其特征在于：所述的连铸工序中，中间包采用中间包气幕挡墙，氩气流量控制在10～15L/min。
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