CN110724788A - 一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备及使用方法，使用真空炉作为冶炼设备，使用工业纯铁和增碳合金作为原料；具体包括：1)通过真空冶炼工艺熔化工业纯铁，待工业纯铁熔化后加入增碳合金，控制增碳合金的加入量使最终含碳钢块脱氧剂中的碳含量为0.2wt％‑1.5wt％；2)浇注钢锭后进行轧制或者直接切割加工，保证脱氧剂钢块长、宽、高在20mm‑60mm。发明的有益效果是：1)增碳剂加入到钢块中，碳可以随钢块直接进入钢水内部进行脱氧，脱氧效果良好大于直接加增碳剂。2)碳脱氧生成的一氧化碳气体上浮，可以去除钢中的有害气体和杂质。3)脱氧速度快。

Description

一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备及使用方法

技术领域

本发明属于真空冶炼领域，尤其涉及一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备及使用方法。

背景技术

真空冶炼是采用真空炉在真空或保护气氛的条件下，完成对普通钢、特种钢、高温合金等材料的熔化、浇铸成型的冶金工艺过程，它能较好地控制合金成分，并具有电磁搅拌和强大的高真空脱气能力。常规炼钢的脱氧剂主要有铝、硅、锰、稀土及一些复合脱氧剂，真空感应炉因为是在真空条件下冶炼，碳脱氧的能力大幅提升，在一定真空度下超脱了铝的脱氧，所以一般真空炉采用增碳剂作为脱氧剂。也有一些钢种采用铝、稀土、钙等作为脱氧剂。

但针对一些特殊钢种要求氧含量小于10×10^-6，常规的脱氧剂铝或者碳很难达到要求，且使用铝脱氧受合金元素要求限制，包括稀土、钙、镁等作为脱氧剂同样会影响钢中的成分。碳是最理想的脱氧剂，但在实际冶炼过程中，使用碳脱氧要充分考虑碳含量及坩埚供氧等因素，且用碳块脱氧碳只能漂浮在钢水表面，脱氧速度较慢，脱氧效果达不到使用要求。

“真空感应炉冶炼X120管线钢脱氧和脱硫试验”，姚春发，李大全，王敏等，特殊钢，2018年8月，第29卷4期P25，公开了在150kg和50kg氧化镁坩埚真空应炉上进行X120管线钢的脱氧和脱硫试验，结果表明,通过控制碳氧反应用碳脱氧和控制冶炼温度避免炉衬分解,可使钢中氧含量≤20×10^-6。但该脱氧效果达不到使用要求，且脱氧时间较长；

中国专利CN201410591220.6公开了“一种炼钢用脱氧剂制备方法”，其组成按重量百分比为25-35％的镁、35-45％的铝、0.3-0.5％的钡、0.1-0.3％的钠，通过粉末冶金技术制成脱氧剂。该发明并不适用于真空感应熔炼的脱氧，且脱氧剂会对钢液进行污染。

“真空感应炉冶炼GH3030氧、氮含量控制工艺”，刘建民，蒋涛等，真空，2016年9月，第53卷第5期。该文设计了三种不同的冶炼方案,研究了精炼参数、脱氧剂碳、返回料的种类及其添加比例等因素对GH3030液中氧、氮含量的影响，结果表明,将0.08％(质量分数)脱氧剂碳和3kg返回料随原料加入炉内,熔化后在精炼真空度为30Pa、精炼温度为1510℃下精炼15分钟,GH3030液中氧可控制到16ppm,氮可控制到7ppm；锯屑对GH3030液中氧、氮含量的不利影响要大于刨屑及冒口，该文献使用的是常规的碳脱氧，脱氧效果达不到要求。

发明内容

本发明提供了一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备及使用方法，该脱氧剂主要应用于真空感应熔炼炼钢过程的脱氧，可以起到搅拌钢液的作用，有效去除钢中的有害气体及夹杂物，脱氧效果良好，脱氧能力优于常规的碳脱氧和铝脱氧。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备方法，使用真空炉作为冶炼设备，使用工业纯铁和增碳合金作为原料；具体包括：

1)通过真空冶炼工艺熔化工业纯铁，待工业纯铁熔化后加入增碳合金，控制增碳合金的加入量使最终含碳钢块脱氧剂中的碳含量为0.2wt％-1.5wt％；

2)浇注钢锭后进行轧制或者直接切割加工，保证脱氧剂钢块长、宽、高在20mm-60mm；

所述增碳合金中的碳含量≥90wt％。

所述增碳合金为石油焦、石墨电极、煅煤中的一种或几种。

一种脱氧剂的使用方法，包括如下方法：

1)根据钢种含碳量，计算需要加入的脱氧剂重量，脱氧剂增碳量不低于0.04wt％；

2)脱氧剂分为两部分加入：一部分放入炉底随原料熔化脱氧，一部分放在加料箱内，在原料全部熔化后的精炼期加入；

或者将脱氧剂全部放在加料箱内，在原料全部熔化后的精炼期加入；

3)加入脱氧剂的钢液温度在液相线上50℃-70℃之间，真空度不大于10Pa，加入脱氧剂待液面反应平静后，完成脱氧操作，进行下一步的合金化操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)脱氧剂加入到钢中，碳可以随脱氧剂直接进入钢水内部进行脱氧，脱氧效果良好大于直接加增碳剂，并远远大于铝、硅锰等脱氧剂。

2)碳脱氧生成的一氧化碳气体从熔池内部上浮，可以去除钢中的有害气体和杂质。

3)脱氧速度快、脱氧效果好。

4)脱氧剂纯净，脱氧产物为气体，不会对钢水造成污染。

5)可以应用于超低氧含量的钢种脱氧。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备方法，使用真空炉作为冶炼设备，使用工业纯铁和增碳合金作为原料；具体包括：

1)通过真空冶炼工艺熔化工业纯铁，待工业纯铁熔化后加入增碳合金，控制增碳合金的加入量使最终含碳钢块脱氧剂中的碳含量为0.2wt％-1.5wt％；

2)浇注钢锭后进行轧制或者直接切割加工，保证脱氧剂钢块长、宽、高在20mm-60mm；

该脱氧剂含有一定量的碳，且除碳外基体与炼钢原料工业纯铁相似，且该脱氧剂经一次真空熔炼后，其内部杂质及有害元素大量较少，不会对炼钢造成污染。脱氧剂制备使用真空感应炉，具体工艺如下：

装原料工业纯铁→合炉抽真空(设备最高真空度)→送电→熔化(缓慢熔化)→精炼(高温)→加入增碳剂至全部熔化→调整温度→浇注→炉内凝固→脱模→抛丸处理→热轧或锯切→加工成小块。

所述增碳合金中的碳含量≥90wt％。

所述增碳合金为石油焦、石墨电极、煅煤中的一种或几种。

一种脱氧剂的使用方法，包括如下方法：

1)根据钢种含碳量，计算需要加入的脱氧剂重量，脱氧剂增碳量不低于0.04wt％；

2)脱氧剂分为两部分加入：一部分放入炉底随原料熔化脱氧，一部分放在加料箱内，在原料全部熔化后的精炼期加入；

或者将脱氧剂全部放在加料箱内，在原料全部熔化后的精炼期加入；

为防止脱氧反应过于剧烈，脱氧剂最好分批次加入，且加入量必须由少到多，第一次加入脱氧剂量不得超过总量的1/4,保证不出现钢液喷溅、液面上涨的现象。

3)加入脱氧剂的钢液温度在液相线上50℃-70℃之间，真空度不大于10Pa，加入脱氧剂待液面反应平静(无气泡产生)后说明脱氧完毕，完成脱氧操作，进行下一步的合金化操作。

实施方案1：

将本发明提供的方法应用到50kg真空炉冶炼某钢种中，具体方案如下：

1)使用真空炉冶炼工艺熔化工业纯铁，在冶炼过程中加入石墨电极，保证最终脱氧剂中的碳含量在0.5wt％，浇注钢锭并进行轧制。轧制厚度20mm，并将钢板加工成20mm×20mm×20mm的小钢块备用。

2)将3公斤钢块放入真空炉的加料槽中，坩埚内放置40kg工业纯铁，高真空下熔炼，待炉料全部融化后升温到液相线以上60摄氏度。

3)加入1/3的钢块，熔池内产生反应，不断有气泡自熔池内溢出，待熔池内不再产生气泡后，两批次加入剩余钢块，待熔池内不再产生气泡后完成脱氧，并取样化验。

该钢种提纯前后的气体成分见表1：

表1 50kg真空炉使用脱氧剂前后气体成分表(wt％)

	O	N	H
				脱氧前	0.0052	0.0066	0.0002
脱氧后	0.0009	0.0019	0.00004

如表1所示，应用本发明提供的方法对真空炉炼钢脱氧效果良好，冶炼出超低气体及夹杂物的钢铁产品。

实施方案2：

将本发明提供的方法应用到200kg真空炉冶炼某钢种中，具体方案如下：

1)使用真空炉冶炼工艺熔化工业纯铁，在冶炼过程中加入石油焦，保证脱氧剂中的碳含量在1wt％，浇注钢锭并进行轧制。轧制厚度30mm，并将钢板加工成30mm×20mm×30mm小钢块备用；

2)将6公斤钢块放入真空炉的加料槽中，坩埚内放置140kg工业纯铁，高真空下熔炼，待炉料全部融化后升温到液相线以上80摄氏度；

3)加入1/3的钢块，熔池内产生反应，不断有气泡自熔池内溢出，待熔池内不再产生气泡后，两批次加入剩余钢块，待熔池内不再产生气泡后完成脱氧，并取样化验。

该钢种提纯前后的气体成分见下表2：

表2 200kg真空炉使用脱氧剂前后气体成分表(wt％)

	O	N	H
				脱氧前	0.0053	0.0064	0.0002
脱氧后	0.0007	0.0014	0.00004

如表2所示，应用本发明提供的方法对真空炉炼钢脱氧效果良好，冶炼出超低气体及夹杂物的钢铁产品。

Claims (4)

1.一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备方法，其特征在于，使用真空炉作为冶炼设备，使用工业纯铁和增碳合金作为原料；具体包括：

1)通过真空冶炼工艺熔化工业纯铁，待工业纯铁熔化后加入增碳合金，控制增碳合金的加入量使最终含碳钢块脱氧剂中的碳含量为0.2wt％-1.5wt％；

2)浇注钢锭后进行轧制或者直接切割加工，保证脱氧剂钢块长、宽、高在20mm-60mm。

2.根据权利要求1所述的一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备方法，其特征在于，所述增碳合金中的碳含量≥90wt％。

3.根据权利要求2所述的一种真空炉炼钢用含碳钢块脱氧剂的制备方法，其特征在于，所述增碳合金为石油焦、石墨电极、煅煤中的一种或几种。

4.一种如权利要求1所述的方法制备的脱氧剂的使用方法，其特征在于，包括如下方法：

1)根据钢种含碳量，计算需要加入的脱氧剂重量，脱氧剂增碳量不低于0.04wt％；

2)脱氧剂分为两部分加入：一部分放入炉底随原料熔化脱氧，一部分放在加料箱内，在原料全部熔化后的精炼期加入；

或者将脱氧剂全部放在加料箱内，在原料全部熔化后的精炼期加入；

3)加入脱氧剂的钢液温度在液相线上50℃-70℃之间，真空度不大于10Pa，加入脱氧剂待液面反应平静后，完成脱氧操作，进行下一步的合金化操作。