CN111349752A - 二氧化钛钢芯线的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二氧化钛钢芯线的应用方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明提供了二氧化钛钢芯线的应用方法：在含钛钢材的冶炼过程中，分2～5个批次向钢液喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线，喂线速度为1～4m/s，控制喂入二氧化钛的总量为40～120ppm；其中，所述的钢芯线由外皮、中间芯粉层和心部的钢丝层三部分构成，中间芯粉层由粒径为5～300nm的二氧化钛粉末组成。本发明的应用可以解决目前大多数钢铁企业遇到的硫化物夹杂超标的情况，满足对A类夹杂物要求较高的钢种如含硫合金结构钢、含硫易切削钢等钢种的生产要求。

Description

二氧化钛钢芯线的应用方法
技术领域
本发明涉及二氧化钛钢芯线的应用方法，属于钢铁冶炼技术领域。
背景技术
随着钢铁工业的大力发展，对钢材的综合性能要求越来越高，进而对钢液的洁净度要求也越来越严格。但在冶炼过程中无法避免的会引入非金属夹杂物，从而危害钢材性能。例如：钢中适量的硫化物能够改善钢的电磁性及切削性，但是如果含量过多则会降低钢的热加工性、耐腐蚀性等。由于钢液中S元素与Mn、Ni、Ti、Zr等元素的亲和力远大于Fe，容易生成如MnS、NiS等硫化物。MnS会降低钢材的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能；钢中硫化物夹杂过高会降低钢材横向延伸率及断面收缩率；在轧制过程中，硫化物超标将会导致铸坯裂纹。目前大多数钢铁企业都面临到硫化物类夹杂(A类夹杂物)容易超标的问题，降低A类夹杂物评级尤其对于生产齿轮钢、重轨钢、含硫易切削钢等钢种至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供二氧化钛钢芯线的应用方法，以解决含钛钢材A类夹杂物评级无法达到标准要求的问题。
本发明提供了二氧化钛钢芯线的应用方法：在含钛钢材的冶炼过程中，分2～5个批次向钢液喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线，喂线速度为1～4m/s，控制喂入二氧化钛的总量为40～120ppm；其中，所述的钢芯线由外皮、中间芯粉层和心部的钢丝层三部分构成，中间芯粉层由粒径为5～300nm的二氧化钛粉末组成。
进一步地，所述的应用方法满足以下至少一项：
冶炼过程中分2～3个批次向钢液喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线；
所述每个批次之间间隔1～4min；
优选地，所述每个批次之间间隔2～3min；
喂线速度为2～3m/s；
控制喂入二氧化钛的总量为60～100ppm；
所述二氧化钛粉末的粒径范围为5～100nm；
所述二氧化钛粉末的平均粒径为30～200nm；
优选地，所述二氧化钛粉末的平均粒径为50～60nm。
进一步地，所述的应用方法满足以下至少一项：
所述的外皮由低碳钢制成；
所述外皮的厚度为2～5mm；
优选地，所述外皮的厚度为2～3mm；
最优选地，所述外皮的厚度为2mm；
所述的钢丝层由低碳钢钢丝构成；
优选地，所述低碳钢钢丝的直径为2～6mm。
进一步地，所述的钢芯线为外径5～20mm的圆管线。
优选地，所述的钢芯线为外径10～12mm的圆管线。
进一步地，在LF或者RH出站前喂入所述的钢芯线。
优选地，在RH精炼结束后且出站前喂入所述的钢芯线。
进一步地，对钢包进行底吹氩气，保证钢包渣面裸露钢液面直径10～50cm，将所述的钢芯线从裸露钢液面处喂入钢包内。
优选地，钢包渣面裸露钢液面直径为20～30cm。
进一步地，所述的含钛钢材含有0.04％～0.20％的Ti。
进一步地，所述的含钛钢材为20CrMnTi合金结构钢，其中，S含量0.015％～0.030％，Ti含量0.04％-0.10％。
进一步地，所述的20CrMnTi合金结构钢用于生产汽车变速箱用齿轮钢。
进一步地，所述的含钛钢材为20MnTiB合金结构钢，其中，S含量0.015％～0.030％，Ti含量0.04％-0.10％。
优选地，所述的20MnTiB合金结构钢用于生产汽车变速箱用齿轮钢。
本发明中，所述外皮的厚度为2～5mm。若外皮太薄，在喂线机中不能通过，钢材偏软，不能咬合进入钢液；外皮太厚，心粉重量则太少，喂入的线太多，喂线过程温降大，不利于钢液温度控制。
本发明中，保证钢包渣面裸露钢液面直径10～50cm均可以喂入钢芯线，同时温降不会太大。低于10cm则不容易将钢芯线对准该洞口进入钢液，大于50cm则温降大，钢水氧化多，不利于钢液纯净度控制。
本发明提供了二氧化钛钢芯线的应用方法，通过在含钛钢材的冶炼过程中喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线，起到促使钢中MnS等夹杂物弥散分布的作用，从而确保A类夹杂物评级≤2.0级。本发明的应用可以解决目前大多数钢铁企业遇到的硫化物夹杂超标的情况，满足对A类夹杂物要求较高的钢种如含硫齿轮钢、含硫合金结构钢等钢种的生产要求。
具体实施方式
本发明提供了二氧化钛钢芯线的应用方法：在含钛钢材的冶炼过程中，分2～5个批次向钢液喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线，喂线速度为1～4m/s，控制喂入二氧化钛的总量为40～120ppm；其中，所述的钢芯线由外皮、中间芯粉层和心部的钢丝层三部分构成，中间芯粉层由粒径为5～300nm的二氧化钛粉末组成。
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：针对含钛钢材的硫化物夹杂，发明人通过向钢液喂入含有二氧化钛粉末的包芯线，促使二氧化钛含量的增加，进而与钢液中钛元素反应，形成细小弥散分布的三氧化二钛。三氧化二钛微粒能够提供钢液凝固前沿的形核核心，作为在凝固过程中MnS等夹杂物析出的附着点，进而形成细小弥散分布的MnS夹杂物，从而降低大颗粒MnS夹杂物的形成，最终达到降低钢中A类夹杂物评级的目的。然而，发明人在实际应用中发现，喂入上述包芯线并不总是能有效降低钢材的A类夹杂物评级，喂线方式、喂线速度、喂入量和所含二氧化钛粉末的粒径对降杂效果会产生显著影响。
具体而言，喂入二氧化钛的总量需控制在40～120ppm的范围内。当加入量＞120ppm时，二氧化钛容易聚集长大，形成大颗粒夹杂物，无助于降低A类夹杂物评级。另一方面，若加入量<40ppm，则无法发挥明显的改善效果。
其次，冶炼过程中分2～5个批次向钢液喂入包芯线。为节省操作时间，简化生产流程，发明人曾尝试一次性喂入包芯线，但A类夹杂物评级仍然高达2.5级，未能得到满意的改善效果。发明人分析，一次性喂入所有包芯线，可能造成局部区域的纳米二氧化钛聚集，从而形成大颗粒夹杂物，因此优选2～5个批次加入。进一步优选2～3个批次加入，由此能够避免生产节奏紧张的问题，使得生产流程更为顺畅。
再次，喂线速度为1～4m/s。通过试验验证，当喂线速度大于4m/s时，所得钢材的A类夹杂物评级未能得到有效改善，分析也是由于二氧化钛局部区域浓度过高，导致聚集为大颗粒夹杂物造成的。若喂线速度低于1m/s，钢芯线穿入钢液的深度不够，结果二氧化钛大部分被渣吸附，难以为MnS等夹杂物的析出提供足够的附着点。
最后，芯层中二氧化钛粉末的粒径为5～300nm。二氧化钛粉末的粒径过大，不利于夹杂物控制，容易聚集成大颗粒夹杂物团。但也需要综合考虑原料成本，若粒径过小，越细的二氧化钛价格越贵，会极大增加生产成本。
在上述包芯线的组成基础上，本发明还在包芯线的心部添加了钢丝，由此能够进一步提高二氧化钛在钢液中的弥散作用，降低二氧化钛在钢液内局部区域的浓度，避免局部二氧化钛浓度过高导致其聚集形成大颗粒的夹杂物，影响钢材性能。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1采用本发明方法生产20CrMnTi齿轮钢
二氧化钛钢芯线的制备：包括心部钢丝、中部芯粉和外壳。中部芯粉由二氧化钛粉末(纯度大于99％)组成，二氧化钛粉末的平均粒径为50nm，粒径范围10nm～90nm。心部钢丝为低碳钢钢丝，直径为2mm。用低碳冷轧带钢制成外皮，厚度为2mm。整个钢芯线的外径为10mm。
生产20CrMnTi齿轮钢时，钢中S含量为0.020％，Ti含量为0.060％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述钢芯线，喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径20cm，将钢芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为3.0m/s。喂线过程分2次加入二氧化钛钢芯线，每次加入二氧化钛50ppm，中间间隔时间为2min。喂线完成后，钢中Ti含量为0.055％，5min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，通过GB/T 10561-2005标准评级，最终生产得到的棒材A类夹杂物评级为1.0级。
实施例2采用本发明方法生产20CrMnTi齿轮钢
二氧化钛钢芯线的制备：包括心部钢丝、中部芯粉和外壳。中部芯粉由二氧化钛粉末(纯度大于99％)组成，二氧化钛粉末的平均粒径为60nm，粒径范围5nm～95nm。心部钢丝为低碳钢钢丝，直径为6mm。用低碳冷轧带钢制成外皮，厚度为2mm。整个钢芯线的外径为15mm。
生产20CrMnTi齿轮钢时，钢中S含量为0.030％，Ti含量为0.070％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述钢芯线，喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径30cm，将钢芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为1.0m/s。喂线过程分3次加入二氧化钛钢芯线，每次加入二氧化钛40ppm，中间间隔时间为2min。喂线完成后，钢中Ti含量为0.066％，3min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，通过GB/T 10561-2005标准评级，最终生产得到的钢材A类夹杂物评级为1.5级。
实施例3采用本发明方法生产20MnTiB合金结构钢
二氧化钛钢芯线的制备：包括心部钢丝、中部芯粉和外壳。中部芯粉由二氧化钛粉末(纯度大于99％)组成，二氧化钛粉末的平均粒径为55nm，粒径范围15nm～98nm。心部钢丝为低碳钢钢丝，直径为4mm。用低碳冷轧带钢制成外皮，厚度为2mm。整个钢芯线的外径为20mm。
生产20MnTiB合金结构钢时，钢中S含量为0.028％，Ti含量为0.08％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述钢芯线，喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径25cm，将钢芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为4.0m/s。喂线过程分2次加入纳米二氧化钛钢芯线，每次加入二氧化钛60ppm，中间间隔时间为3min。喂线完成后，钢中Ti含量为0.076％，4min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，通过GB/T 10561-2005标准评级，最终生产得到的钢材A类夹杂物评级为1.0级。
对比例1生产20CrMnTi齿轮钢时不加入二氧化钛钢芯线
生产20CrMnTi齿轮钢时，钢中S含量为0.020％，Ti含量为0.070％。RH出站前未加入二氧化钛钢芯线，钢中Ti含量为0.069％，将钢液直接送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法生产的最终产品采用GB/T 10561-2005标准评级，A类夹杂物评级为2.5级。
对比例2生产20MnTiB合金结构钢时不加入二氧化钛钢芯线
生产20MnTiB合金结构钢时，钢中S含量为0.028％，Ti含量为0.060％。RH出站前未加入二氧化钛钢芯线，钢中Ti含量为0.059％，将钢液送外连铸平台进行连铸。
采用上述方法生产的最终产品采用GB/T 10561-2005标准评级，A类夹杂物评级为3.0级。
对比例3二氧化钛加入量对A类夹杂物评级的影响
生产20MnTiB合金结构钢时，钢中S含量为0.029％，Ti含量为0.07％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述钢芯线，喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径25cm，将钢芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为4.0m/s。喂线过程分2次加入纳米二氧化钛钢芯线，每次加入二氧化钛130ppm，中间间隔时间为3min。喂线完成后，钢中Ti含量为0.076％，4min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，通过GB/T 10561-2005标准评级，最终生产得到的钢材A类夹杂物评级为3.0级，并且钢材中出现大颗粒D类夹杂物，评级为3.0级。
对比例4喂线方式对A类夹杂物评级的影响
二氧化钛包芯线的制备：包括制备包芯线的芯层以及将芯层通过外皮包裹形成圆管线。芯层由二氧化钛粉末(纯度大于99％)组成，二氧化钛粉末的平均粒径为50nm，粒径范围10nm～90nm。用低碳冷轧带钢制成外皮，厚度为2mm。整个包芯线的外径为10mm。
生产20CrMnTi齿轮钢时，钢中S含量为0.020％，Ti含量为0.060％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述包芯线，喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径20cm，将包芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为3.0m/s。喂线过程1次加入二氧化钛包芯线，加入二氧化钛120ppm，喂线完成后，钢中Ti含量为0.062％，5min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，通过GB/T 10561-2005标准评级，最终生产得到的棒材A类夹杂物评级为2.5级。
对比例5喂线速度对A类夹杂物评级的影响
二氧化钛包芯线的制备：包括制备包芯线的芯层以及将芯层通过外皮包裹形成圆管线。芯层由二氧化钛粉末(纯度大于99％)组成，二氧化钛粉末的平均粒径为60nm，粒径范围5nm～95nm。用低碳冷轧带钢制成外皮，厚度为2mm。整个包芯线的外径为15mm。
生产20CrMnTi齿轮钢时，钢中S含量为0.030％，Ti含量为0.065％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述包芯线，喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径30cm，将包芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为6.0m/s。喂线过程分2次加入二氧化钛包芯线，每次加入二氧化钛60ppm，中间间隔时间为1min。喂线完成后，钢中Ti含量为0.061％，3min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，通过GB/T 10561-2005标准评级，最终生产得到的钢材A类夹杂物评级为2.5级。
对比例6二氧化钛粉末粒径对A类夹杂物评级的影响
二氧化钛包芯线的制备：包括制备包芯线的芯层以及将芯层通过外皮包裹形成圆管线。芯层由二氧化钛粉末(纯度大于99％)组成，二氧化钛粉末的平均粒径为180nm，粒径范围120nm～350nm。用低碳冷轧带钢制成外皮，厚度为2mm。整个包芯线的外径为20mm。
生产20CrMnTi齿轮钢时，钢中S含量为0.028％，Ti含量为0.065％。在RH精炼结束后且出站前向钢液喂入上述包芯线。喂线前对钢包进行底吹氩气，使得钢包渣面裸露钢液面直径25cm，将包芯线从裸露钢液面处喂入钢包内，喂线速度为4.0m/s。喂线过程分2次加入二氧化钛包芯线，每次加入二氧化钛60ppm，中间间隔时间为3min。喂线完成后，钢中Ti含量为0.060％，4min时将钢液送往连铸平台进行连铸。
采用上述方法处理钢液，最终生产得到的钢材通过GB/T 10561-2005标准评级，A类夹杂物评级为3.0级。
需要说明的是，本说明书中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.二氧化钛钢芯线的应用方法，其特征是：在含钛钢材的冶炼过程中，分2～5个批次向钢液喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线，喂线速度为1～4m/s，控制喂入二氧化钛的总量为40～120ppm；其中，所述的钢芯线由外皮、中间芯粉层和心部的钢丝层三部分构成，中间芯粉层由粒径为5～300nm的二氧化钛粉末组成。
2.如权利要求1所述的应用方法，其特征是：满足以下至少一项：
冶炼过程中分2～3个批次向钢液喂入含有二氧化钛粉末的钢芯线；
所述每个批次之间间隔1～4min；
优选地，所述每个批次之间间隔2～3min；
喂线速度为2～3m/s；
控制喂入二氧化钛的总量为60～100ppm；
所述二氧化钛粉末的粒径范围为5～100nm；
所述二氧化钛粉末的平均粒径为30～200nm；
优选地，所述二氧化钛粉末的平均粒径为50～60nm。
3.如权利要求1所述的应用方法，其特征是：满足以下至少一项：
所述的外皮由低碳钢制成；
所述外皮的厚度为2～5mm；
优选地，所述外皮的厚度为2～3mm；
最优选地，所述外皮的厚度为2mm；
所述的钢丝层由低碳钢钢丝构成；
优选地，所述低碳钢钢丝的直径为2～6mm。
4.如权利要求1～3任意一项所述的应用方法，其特征是：所述的钢芯线为外径5～20mm的圆管线；优选地，所述的钢芯线为外径10～12mm的圆管线。
5.如权利要求1所述的应用方法，其特征是：在LF或者RH出站前喂入所述的钢芯线；优选地，在RH精炼结束后且出站前喂入所述的钢芯线。
6.如权利要求1或5所述的应用方法，其特征是：对钢包进行底吹氩气，保证钢包渣面裸露钢液面直径10～50cm，将所述的钢芯线从裸露钢液面处喂入钢包内；优选地，钢包渣面裸露钢液面直径为20～30cm。
7.如权利要求1所述的应用方法，其特征是：所述的含钛钢材含有0.04％～0.20％的Ti。
8.如权利要求7所述的应用方法，其特征是：所述的含钛钢材为20CrMnTi合金结构钢，其中，S含量0.015％～0.030％，Ti含量0.04％-0.10％。
9.如权利要求8所述的应用方法，其特征是：所述的20CrMnTi合金结构钢用于生产汽车变速箱用齿轮钢。
10.如权利要求7所述的应用方法，其特征是：所述的含钛钢材为20MnTiB合金结构钢，其中，S含量0.015％～0.030％，Ti含量0.04％-0.10％；优选地，所述的20MnTiB合金结构钢用于生产汽车变速箱用齿轮钢。
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