CN110629103B - 一种真空脱气稀土钢的生产方法及所用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空脱气稀土钢的生产方法及所用装置，本发明根据稀土元素加入的条件和常见的钢水真空处理的技术特点，将两者有机地融合起来，提出了真空惰性气体搅拌加入法，主要是利用真空熔炼设备生产稀土钢，真空熔炼设备具有料仓，能够在内部真空条件下加料；还设置有惰性气体吹气系统，能够吹开钢水表面的熔炼渣。该方法可用于真空炉、氩气等惰性气体搅拌的工况下，避免了常规稀土加入方法引起的包装材料污染、钢水裸露氧化、钢水处理时间延长等问题，成本低，简易有效，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别是涉及一种真空脱气稀土钢的生产方法及所用装置，尤其是在连铸生产时向真空脱气稀土钢钢水加入稀土元素的方法。
背景技术
连铸，即连续铸钢，是不断地将精炼后的钢水加入到结晶器中，并凝固成型后从结晶器下方拉出的钢水成型技术。相对传统模铸工艺，连铸工艺是一项重大的技术进步。
钢中应用稀土后，可以起到细化夹杂、深度净化钢液和强烈微合金化作用，显著提高钢的韧、塑性和疲劳寿命，使钢更加强韧、耐热、耐磨、耐蚀。稀土在钢中工业化应用时，有两大瓶颈问题一直没有解决：一是稀土加入钢水中堵塞浇注系统，连铸过程被迫中断，严重影响工艺顺行；二是稀土加入后，容易形成大尺寸、高密度的稀土夹杂物，导致钢的性能时好时坏，不稳定。主要原因是没有形成成熟稳定的稀土加入方法。目前，国内外进行了多项稀土加入工艺的试验研究，在各自历史条件下均实现了规模生产，主要有：大包压入法、包内喷吹稀土粉法、模铸中注管喂丝法、模内吊挂稀土金属棒法、钢包喂丝法、中间包喂丝法、结晶器喂丝法等几种方法。目前通行的方法主要集中在：钢包喂丝法、结晶器喂丝法这两种方法上。喂丝时保护渣容易附着在金属丝表面，随丝进入熔池，产生夹渣等缺陷。在稀土丝周围附加套筒时，套筒内部区域不断地有稀土丝喂入，造成局部温度过低，保护渣易凝固，不利于保护浇注，也容易带入钢水中；结晶器喂丝法容易造成连铸结晶器保护渣性能恶化，导致铸坯表面缺陷。
现有技术中公开了一种新型稀土热作模具钢及其制备方法(申请号为201710997230.3)，一种稀土微合金化轴承钢及其制备方法(申请号为201811622413.8)，稀土微合金化抗震热轧H型钢及其制备方法(申请号为201710391618.9)，一种高纯净稀土钢处理方法(申请号为201710059980.6)和一种稀土微合金钢的冶炼方法(申请号为201810812007.1)等稀土钢的专利申请均没有提到具体的稀土加入方法。
另外，一种含稀土C110钢级石油套管及其生产方法(申请号为201810236961.0)，公开了采用LF炉精炼结束后保持底部软吹氩气，按0.02％加入量喂入适量稀土丝。一种稀土重轨钢的稀土加入方法及稀土重轨钢(申请号为201811368039.3)，公开了使用吊车吊挂起准备加入的稀土合金，采用逐渐由小到大的方式，打开钢包氩气系统，逐渐将钢水表面的炉渣吹开为直径为Φ300～Φ400mm的区域；指挥吊车对准上述区域，将稀土合金快速投入钢水中，避免稀土合金与炉渣接触。《钢铁研究学报》第29卷第7期的文章《近年稀土钢研究进展与加速研发新思路》提到了钢包加入法模铸中注管加入法模铸钢锭模内加入法连铸结晶器加入法电渣重熔过程加入法等，按照稀土的加入方式可分为压入法吊挂法喂丝法喷吹粉剂法渣系还原法等，并根据生产实践经验对各种稀土加入工艺过程、原理和特点进行了总结。但是上述现有技术中公开的各种方式，存在拖延工序时间，附加氧化，不利于洁净钢生产等缺陷。
为此，钢铁连铸生产时，亟需一种低成本、简易有效、适应性强的稀土加入方法。
发明内容
本发明提供一种真空脱气稀土钢的生产方法及所用装置，本发明根据稀土元素加入的条件和常见的钢水真空处理的技术特点，将两者有机地融合起来，提出了真空惰性气体搅拌加入法，主要是利用真空熔炼设备生产稀土钢，真空熔炼设备具有料仓，能够在内部真空条件下加料；还设置有惰性气体吹气系统，能够吹开钢水表面的熔炼渣。该方法可用于真空炉、氩气等惰性气体搅拌的工况下，避免了常规稀土加入方法引起的包装材料污染、钢水裸露氧化、钢水处理时间延长等问题，成本低，简易有效，易于实现。
本发明的一种真空脱气稀土钢的生产方法及所用装置技术方案为，一种真空脱气稀土钢的生产方法，在真空条件下，在稀土材料加入前、后和加入稀土材料时进行吹入惰性气体处理。
所述的一种真空脱气稀土钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)布料，抽真空前，将稀土材料置于生产装置内的料仓中；如果将稀土材料包装后加入钢水中，包装后稀土材料之间必然存在着一定孔隙，带入额外的空气加重钢水的二次氧化；真空时，料仓内的稀土材料会受到钢水环境的烘烤，同时去除稀土材料表面吸附的空气，这两方面均利于洁净钢的冶炼。
在真空环境下向钢水中加入稀土材料，不仅可以减少稀土材料的吸附空气，也可以减少由于稀土材料加入时引起钢水波动、裸露而造成的吸气氧化。
(2)抽真空，对钢水进行脱气处理，同时对稀土材料烘烤和干燥；
(3)吹入惰性气体；
(4)加料，将稀土材料加入到钢水中。
所述的稀土材料为粒状、块状稀土金属材料。
加入金属材料可以为纯La、纯Ce或含有La和Ce或其他稀土元素的稀土合金、稀土铝合金、稀土镁合金、稀土铝铁合金、稀土铝硅合金、稀土铝钙钡合金、稀土铝镁合金、稀土锰镁合金、稀土铁合金等。
由于在真空下加入，粉状材料在真空度不好的高温环境下可能会引起爆炸，在真空度条件好的情况下，可能被吸入真空除尘系统，不利于加入元素的化学成分稳定性。对于粉末制品压成的料状或块状材料，应该不含有挥发性粘结剂，防止受到加热或者真空条件下粉化。对于丝线材等稀土材料，应该控制好每段长度，避免因为材料太长挂在料仓或炉壁等处，影响加入效果。对于可能有些粘性的容易挂在料仓壁或底的材料，建议增加中间过渡层，减少与料仓壁或料仓底粘结，也减少稀土材料自身的粘结。单体稀土材料的重量范围，在加入时不引起钢液严重飞溅的前提下，与稀土材料自身的熔点相关，对于熔点较高的稀土材料，可适当减小单体体积和重量。
步骤(3)吹入惰性气体前，钢水表层覆盖着熔炼渣。
稀土不宜做预先脱氧、脱硫剂，当脱氧、脱硫效果良好后再加入稀土，不但有深度脱氧、脱硫作用，还能很好控制氧、硫夹杂物的形态。钢水表层一定厚度的熔炼渣，可以吸收稀土合金深脱氧、脱硫后的稀土氧化物、稀土硫化物、稀土氧硫化物或含有稀土元素的复合夹杂物。
步骤(4)加料之前，在真空条件下惰性气体吹气系统将钢水表层熔炼渣吹开，在钢水液面翻滚时加入稀土材料。稀土材料无需要穿过无钢水翻滚时的熔炼渣层，减少了稀土材料与耐材的反应；同时在惰性气体的强烈搅拌下，稀土材料更加均匀，深脱硫、深脱氧形成的稀土夹杂物容易被熔炼渣捕获。
所述方法使用的真空脱气稀土钢的生产装置，包括真空熔炼设备，真空熔炼设备包括真空熔炼设备壳体和真空熔炼设备盖体，真空熔炼设备壳体与真空熔炼设备盖体形成密封空间，密封空间内设置有钢包，钢包上方设置有料仓，稀土材料置于料仓内，惰性气体吹气系统穿过真空熔炼设备壳体与钢包底部和/或侧面连通。惰性气体吹气系统可以从容器底部或侧部吹入惰性气体，能够搅拌钢水，均匀成分，促进脱气，加速稀土元素深脱氧、深脱硫，利于夹杂物上浮。
料仓通过机械装置调整倾斜度，料仓、机械装置分别和信号控制装置连接，信号控制装置与设置于真空熔炼设备外的熔炼控制系统连接，能够根据预置的程序等信息或适时的外界输入信息进行机械加料。
由于钢水的真空脱气处理具有相对固定的工艺，因此可以通过定时、预置程序等方式，实现稀土材料加入时机的把握；另一方面，也可以通过外界人为输入信息、或者内部智能化信息，控制料仓和加料。
真空熔炼设备盖体与盖体移动装置可拆装连接。
所述的惰性气体吹气系统包括惰性气体储存装置和带有阀门的管道，惰性气体吹气系统与熔炼控制系统连接。
真空熔炼设备盖体上设置有真空管道，真空管道与抽真空装置连接。
本发明的有益效果为：本发明利用真空环境下处理的钢水基本满足稀土加入条件，钢水真空处理工序时间满足稀土加入时间的特点，能够在真空环境下向钢水中加入稀土，避免了常规稀土加入方法引起的包装材料污染、钢水裸露氧化、钢水处理时间延长等问题，而且实现了在真空环境中自动加料，节约了工序时间，同时吹氩作用下的钢水搅拌，加快了稀土在钢水的均匀化过程，也有利于熔炼渣对稀土深脱氧、脱硫产物的吸附。本发明在VD、VOD等生产现场易于实现，工艺适用性强。
附图说明：
图1所示为本发明的生产装置结构示意图。
其中：1-真空熔炼设备壳体，2-真空熔炼设备盖体，3-钢包，4-钢水，5-熔炼渣，6-料仓，7-稀土材料，8-机械装置，9-信号控制装置，10-真空管道，11-惰性气体吹气系统，12-盖体移动装置，13-熔炼控制系统
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1
一种真空脱气稀土钢的生产装置，包括真空熔炼设备，真空熔炼设备包括真空熔炼设备壳体1和真空熔炼设备盖体2，真空熔炼设备壳体1与真空熔炼设备盖体2形成密封空间，密封空间内设置有钢包3，钢包3上方设置有料仓6，料仓6固定在真空熔炼设备盖体2下方，稀土材料7置于料仓6内，惰性气体吹气系统11穿过真空熔炼设备壳体1与钢包3底部和/或侧面连通。
料仓通过机械装置8调整倾斜度，料仓6、机械装置8分别和信号控制装置9连接，信号控制装置9与设置于真空熔炼设备外的熔炼控制系统13连接。
真空熔炼设备盖体2与盖体移动装置12可拆装连接。
所述的惰性气体吹气系统11包括惰性气体储存装置和带有阀门的管道，惰性气体吹气系统11与熔炼控制系统13连接。
真空熔炼设备盖体2上设置有真空管道10，真空管道10与抽真空装置连接。
实施例2
一种真空脱气稀土钢的生产方法，生产所采用的工艺为：高炉铁水+优质废钢-50tEAF超高功率偏心底出钢交流电弧炉-50t LF精炼炉-50t VD真空脱气炉-3机3流260mm×300mm大方坯连铸CC-缓冷-加热-连轧轧制(-抛丸-矫直-探伤-入库)。生产钢种为轴承钢GCr15,化学成分(％)为C：0.96～0.98,Si：0.18～0.25，Mn：0.28～0.33，Cr:1.42～1.52。稀土加入量为150×10-6，稀土材料等效直径为25～30mm，稀土加入量为7.5Kg。稀土加入的钢水条件T[O]≤10×10-6，[S]≤30×10-6。
主要设备采用实施例1所述生产装置，生产步骤如下：
步骤一、钢包3位于真空熔炼设备壳体1空间内。经过高炉铁水+优质废钢-50t EAF超高功率偏心底出钢交流电弧炉-50t LF精炼炉工序处理后，钢水4存放在钢包3，钢水4上层覆盖有70～110mm熔炼渣5；
步骤二、稀土材料7装入到料仓6；
步骤三、带有料仓6、稀土材料7的真空熔炼设备盖体2在盖体移动装置12的移动下与真空熔炼设备壳体1形成密封空间；
步骤四、熔炼控制系统13开启抽真空装置，多余气体经真空管道10抽出，熔炼控制系统13开启惰性气体吹气系统11，氩气流量控制在2～8L/min；
步骤五、深真空氩气搅拌。真空度达到25～67Pa；惰性气体吹气系统11增大到15～35L/min，钢水4上层熔炼渣5被吹开
步骤六、深真空氩气搅拌条件下加入稀土材料7。熔炼控制系统13传递信号到信号控制装置9、信号控制装置9启动机械装置8，机械装置8倾斜料仓6，将稀土材料7加入到钢水4；
步骤七、深真空氩气搅拌1～3min，惰性气体吹气系统11调整氩气流量为2～8L/min；
步骤八、破空，钢包3和钢水4进入下一工序。
实施例3
一种真空脱气稀土钢的生产方法，生产所采用的工艺为：高炉铁水+优质废钢-50tEAF超高功率偏心底出钢交流电弧炉-50t LF精炼炉-50t VD真空脱气炉-3机3流260mm×300mm大方坯连铸CC-缓冷-加热-连轧轧制(-抛丸-矫直-探伤-入库)。生产钢种为轴承钢GCr15,化学成分(％)为C：0.96～0.98,Si：0.18～0.25，Mn：0.28～0.33，Cr:1.42～1.52。稀土加入量为150×10-6，稀土材料等效直径为25～30mm，稀土加入量为7.5Kg。稀土加入的钢水条件T[O]≤10×10-6，[S]≤30×10-6。
主要设备采用实施例1所述生产装置，生产步骤如下：
步骤一、钢包3进入真空熔炼设备壳体1空间内。经过高炉铁水+优质废钢-50t EAF超高功率偏心底出钢交流电弧炉-50t LF精炼炉工序处理后，钢水4存放在钢包3，钢水4上层覆盖有70～110mm熔炼渣5，钢包3位于由真空熔炼设备壳体1空间内；
步骤二、稀土材料7装入到料仓6，信号控制装置9处于计时或程序控制状态，计时或程序时间为步骤三、四、五的时间；
步骤三、带有料仓6、稀土材料7的真空熔炼设备盖体2在盖体移动装置12的移动下与真空熔炼设备壳体1形成密封空间；
步骤四、熔炼控制系统13开启抽真空装置，多余气体经真空管道10抽出，熔炼控制系统13开启惰性气体吹气系统11，氩气流量控制在2～8L/min；
步骤五、深真空氩气搅拌。真空度达到25～67Pa；惰性气体吹气系统11增大到15～35L/min，钢水4上层熔炼渣5被吹开；
步骤六、深真空氩气搅拌条件下加入稀土材料7。信号控制装置9计时或程序时间结束并启动机械装置8，机械装置8倾斜料仓6，将稀土材料加入到钢水4；
步骤七、深真空氩气搅拌1～3min，惰性气体吹气系统11调整氩气流量为2～8L/min；
步骤八、破空，钢包3和钢水4进入下一工序。
实施例4
一种真空脱气稀土钢的生产方法，生产所采用的工艺为：高炉铁水+优质废钢-50tEAF超高功率偏心底出钢交流电弧炉-50t LF精炼炉-50t VD真空脱气炉-3机3流260mm×300mm大方坯连铸CC-缓冷-加热-连轧轧制(-抛丸-矫直-探伤-入库)。生产钢种为轴承钢GCr15,化学成分(％)为C：0.96～0.98,Si：0.18～0.25，Mn：0.28～0.33，Cr:1.42～1.52。稀土加入量为150×10-6，稀土材料等效直径为25～30mm，稀土加入量为7.5Kg。稀土加入的钢水条件T[O]≤10×10-6，[S]≤30×10-6。
主要设备采用实施例1所述生产装置，生产步骤如下：
步骤一、钢包3进入真空熔炼设备壳体1空间内。经过高炉铁水+优质废钢-50t EAF超高功率偏心底出钢交流电弧炉-50t LF精炼炉工序处理后，钢水4存放在钢包3，钢水4上层覆盖有70～110mm熔炼渣5，钢包3位于由真空熔炼设备壳体1空间内；
步骤二、稀土材料7装入到真空熔炼设备盖体2的料仓6，信号控制装置9通过图像对比或温度变化观测到钢4水液面翻滚；
步骤三、带有料仓6、稀土材料7的真空熔炼设备盖体2在盖体移动装置12的移动下与真空熔炼设备壳体1形成密封空间；
步骤四、熔炼控制系统13开启抽真空装置，多余气体经真空管道抽出，熔炼控制系统13开启惰性气体吹气系统11，氩气流量控制在2～8L/min；
步骤五、深真空氩气搅拌。真空度达到25～67Pa；惰性气体吹气系统11增大到15～35L/min，钢水4上层熔炼渣5被吹开；
步骤六、深真空氩气搅拌条件下加入稀土材料7。信号控制装置9通过图像对比或温度变化监测到钢4水液面翻滚并启动机械装置8，机械装置8倾斜料仓6，将稀土材料加入到钢水4；
步骤七、深真空氩气搅拌1～3min，惰性气体吹气系统11调整氩气流量为2～8L/min；
步骤八、破空，钢包3和钢水4进入下一工序。
Claims (4)
1.一种真空脱气稀土钢的生产方法，其特征在于，在真空条件下，在稀土材料加入前、后和加入稀土材料时进行吹入惰性气体处理；
包括以下步骤：
（1）布料，抽真空前，将稀土材料置于生产装置内的料仓（6）中；
（2）抽真空，对钢水进行脱气处理，同时对稀土材料烘烤和干燥；
（3）吹入惰性气体；
（4）加料，将稀土材料加入到钢水中；
所述的稀土材料为粒状、块状稀土金属材料；
步骤（3）吹入惰性气体前，钢水表层覆盖着熔炼渣；
步骤（4）加料之前，在真空条件下惰性气体吹气系统将钢水表层熔炼渣吹开，在钢水液面翻滚时加入稀土材料；
其中，生产装置包括真空熔炼设备，真空熔炼设备包括真空熔炼设备壳体（1）和真空熔炼设备盖体（2），真空熔炼设备壳体（1）与真空熔炼设备盖体（2）形成密封空间，密封空间内设置有钢包（3），钢包（3）上方设置有料仓（6），稀土材料（7）置于料仓（6）内，惰性气体吹气系统（11）穿过真空熔炼设备壳体（1）与钢包（3）底部和/或侧面连通。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，料仓通过机械装置（8）调整倾斜度，料仓（6）、机械装置（8）分别和信号控制装置（9）连接，信号控制装置（9）与设置于真空熔炼设备外的熔炼控制系统（13）连接；
真空熔炼设备盖体（2）与盖体移动装置（12）可拆装连接。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述的惰性气体吹气系统（11）包括惰性气体储存装置和带有阀门的管道，惰性气体吹气系统（11）与熔炼控制系统（13）连接。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，真空熔炼设备盖体（2）上设置有真空管道（10），真空管道（10）与抽真空装置连接。
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