发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于针对现有技术中15-5PH不锈钢及其电渣锭中杂质难以去除的技术问题,提供一种超纯15-5PH不锈钢的冶炼方法,通过二次电炉冶炼以及二次LF精炼工艺的组合,大大改善15-5PH不锈钢的纯净度。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种超纯15-5PH不锈钢,成分如下:C=0.02-0.06%,Si=0.20-0.50%,Mn=0.30-0.80%,Cu=2.80-4.20%,Ni=4.00-5.30%,Cr=14.50-15.50%,V=0.08-0.15%,Nb=0.30-0.43%,Al=0.02-0.04%;杂质元素含量如下:Ti≤0.0015%,S≤0.0010%,P≤0.015%,T.O≤0.0018%,N=0.015-0.025%,H≤0.0002%。
本发明的一种超纯15-5PH不锈钢电渣锭的制备方法,将炼钢原料在电炉中进行第一次电炉冶炼,一次电炉冶炼出钢后进行第一次LF精炼,一次LF精炼后查钢后进行VOD精炼,VOD精炼后出钢再进行第二次电炉冶炼,第二次电炉冶炼后出钢再进行第二次LF精炼,二次LF精炼后进行VD真空精炼,然后钢水进行浇铸,浇铸后铸坯进行-电渣重熔,制得15-5PH不锈钢电渣锭成品。
优选地,具体步骤为:
S1、第一次电炉冶炼:以普通废钢、15-5PH返回料和铁合金为主要原料,进行熔化、初炼后,钢水倒入钢包,准备第一次LF精炼;
S2、第一次LF精炼:调整钢水成分、温度;
S3、VOD精炼:吹氧脱碳,降低钢水碳含量;
S4、第二次电炉冶炼:将VOD精炼完成的钢水转入电炉,实现钢-渣分离,并在电炉中重新造渣、调整成分;
S5、第二次LF精炼:调整温度,白渣精炼,成分不予调整;
S6、VD精炼:真空精炼,进一步降低钢中的气体其夹杂物含量;
S7、浇铸:保护浇铸成电极棒;
S8、电渣重熔:对电极棒进一步精炼。
优选地,第一次电炉冶炼过程中首先加入普通废钢(碳钢),不低于总入炉料的1/2。渣料为石灰和萤石粉的混合物。萤石粉在加入之前,需要在其表面采用雾化加湿处理,雾化水加入比例为1~5%。吨钢渣料20-30kg;加入比例石灰粉:萤石=3:1~4:1;石灰颗粒20~50mm,Cao%≥96%;萤石为粉剂,小于100目,CaF2%≥98%;
完全熔化后,将炉渣扒除干净,重新造渣,吨钢渣料15-20kg/t。再加入15-5PH返回料及铁合金调整成分;
出钢之前,将钢中Cu、Ni、Nb、Cr、Mn调整至成分范围下限;P≤0.012%;Si、V不做调整;Al=0.06~0.08%;C=0.1~0.15%。成分达到目标要求后,将炉渣扒清、出钢,出钢温度为1600-1650℃。
优选地,第一次LF精炼过程中,精炼过程加入石灰和萤石粉,吨钢渣料10-15kg;石灰粉:萤石=3:1~4:1。渣料随电炉出钢过程加入1/2,另外1/2在LF炉加完;
LF精炼过程,碳含量进一步调整至0.15-0.20%;Cu、Ni调整至目标成分范围,Nb、Mn仍然保持下限,Cr调整至成分范围上限,其它成分不做调整;
LF精炼过程50~60min,出钢温度≥1670℃。
优选地,VOD精炼过程中,真空吹氧精炼;真空吹氧时间30min,吹氧结束后静置20min,破真空。精炼完成后C≤0.02%;
优选地,第二次电炉冶炼过程中,首先将真空吹氧完成的钢水放入电炉,并彻底钢渣分离。然后迅速向电炉中加入炉渣,要求成渣后渣中TiO2含量≤0.15%。
电炉冶炼过程连续进行扒渣、补渣操作,直到渣子变白,并保持20min,即可出钢,出钢温度1600-1650℃。出钢之前,除Al以外,所有成分进入目标成分;Al=0.1-0.12%。出钢之前不扒渣,钢渣混出。
优选地,在第二次LF精炼过程中,除了加热以外,LF炉内不加入任何合金或渣料。精炼过程钢包底吹气量以钢包渣面微微波动为主,钢水不裸露。精炼时间30min-40min,钢水温度达到1670℃时精炼完成。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
本发明的一种超纯15-5PH不锈钢电渣锭及其制备方法,将炼钢原料在电炉中进行第一次电炉冶炼,一次电炉冶炼出钢后进行第一次LF精炼,一次LF精炼后查钢后进行VOD精炼,VOD精炼后出钢再进行第二次电炉冶炼,第二次电炉冶炼后出钢再进行第二次LF精炼,二次LF精炼后进行VD真空精炼,然后钢水进行浇铸,浇铸后铸坯进行-电渣重熔,制得15-5PH不锈钢电渣锭成品;可以保证15-5PH不锈钢电渣锭中的Ti含量控制至0.0015%以下,硫含量可稳定的控制在0.001%以下,电渣锭中氮含量可控制在0.015-0.025%,氢含量可稳定控制在0.0002%以下。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;而且,各个实施例之间不是相对独立的,根据需要可以相互组合,从而达到更优的效果。因此,以下对实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的本发明的一种超纯15-5PH不锈钢电渣锭及其制备方法,将炼钢原料在电炉中进行第一次电炉冶炼,一次电炉冶炼出钢后进行第一次LF精炼,一次LF精炼后查钢后进行VOD精炼,VOD精炼后出钢再进行第二次电炉冶炼,第二次电炉冶炼后出钢再进行第二次LF精炼,二次LF精炼后进行VD真空精炼,然后钢水进行浇铸,浇铸后铸坯进行-电渣重熔,制得15-5PH不锈钢电渣锭成品。
另外,而传统冶炼工艺中,VOD完成以后,不扒渣,直接进LF加热、加还原剂冶炼,因此渣中的TiO2又被还原,使钛进入钢中,从而提高钢中的钛含量。如果要降低钢水中的钛含量,必须在VOD之前的合金化过程中加入含钛量极低的合金,而这样又造成生产成本的增加。传统的冶炼工艺中,从LF直到结束,钢包中的渣料没有换过,因此当渣中的硫含量达到一定程度时,不再具备脱硫能力。而在本专利中,在经过VOD后实现钢渣分离,并在电炉内重新造渣,大大提升了炉渣的脱硫能力。
传统的冶炼工艺中,VOD冶炼技术后,在LF中进一步加热、还原、合金化等,因此LF钢包底吹气量一般比较大,特别是“渣眼”(即渣中中裸露钢水的地方)存在,使空气跟钢水接触,不可避免的造成钢液增氧、增氢、增氮。
而在本专利中,VOD结束后,将钢水放入电炉中,在电炉内重新造渣,并完成合金化,然后在进入LF炉中。在LF炉中仅仅使钢水升温及夹杂物去除,此时LF钢包底吹气量很小,仅仅渣面微微波动,钢水不裸露,避免了跟空气的接触,从而防止了增氧、增氢、增氮。
经过VOD吹氧脱碳精炼以后,不仅仅碳被氧化掉,而且易氧化元素、特别是Ti被大量氧化为TiO2进入渣中,钢中的钛含量极低。
经过VOD吹氧脱碳精炼以后,将钢水由钢包滑动水口放入电炉中,最后将含TiO2含量较高的钢渣在留钢包内,实现钢渣分离,然后在电炉中重新造新渣,其中的TiO2含量很低,从而避免了渣中TiO2向钢水的过渡。
所制得15-5PH不锈钢电渣锭成品成分如下:C=0.02-0.06%,Si=0.20-0.50%,Mn=0.30-0.80%,Cu=2.80-4.20%,Ni=4.00-5.30%,Cr=14.50-15.50%,V=0.08-0.15%,Nb=0.30-0.43%,Al=0.02-0.04%;杂质元素含量如下:Ti≤0.0015%,S≤0.0010%,P≤0.015%,T.O≤0.0018%,N=0.015-0.025%,H≤0.0002%。
钢中的氮含量可以控制在0.015-0.025%。钢水进LF精炼之前,钢中碳含量控制在0.15-0.20%,确保VOD吹氧脱碳过程氮含量也随之下降至合理水平,而不至于太低,也不会太高。在第二次LF精炼阶段,由于钢水不裸露,因此增氮较少。在VD精炼过程,氮含量降低10-20%。由于保护浇铸,在浇铸及电渣重熔阶段,氮含量基本保持不变。通过以上工艺,电渣锭中氮含量可控制在0.015-0.025%的区间。
第一次电炉精炼后期炉渣转白,硫含量大大降低,同时将硫含量较高的炉渣去除;第一次LF精炼过程,充分的白渣精炼,硫含量进一步降低,且在VOD之前将含硫渣充分扒除,避免了回硫。再经过第二次电炉冶炼、LF精炼、VD精炼,钢中的硫含量进一步降低。最后,经过电渣重熔以后,硫含量可稳定的控制在0.001%以下。
第二次电炉冶炼过程,保持白渣20min以上,有效的降低了钢中的氧含量。在第二次LF精炼过程继续白渣精炼,由于不加入任何合金或渣料,减少了外来的氧;底吹气以钢包渣面微微波动为主,钢水不裸露,减少了空气的二次污染,因此经过第二次LF精炼后氧含量进一步降低。VD精炼过程,由于夹杂物的上浮,导致氧含量再次降低。
具体电渣锭生产步骤为:
S1、第一次电炉冶炼:以普通废钢、15-5PH返回料和铁合金为主要原料,进行熔化、初炼后,钢水倒入钢包,准备第一次LF精炼;第一次电炉冶炼过程中首先加入普通废钢(碳钢),不低于总入炉料的1/2。渣料为石灰和萤石粉的混合物。萤石粉在加入之前,需要在其表面采用雾化加湿处理,雾化水加入比例为1~5%。吨钢渣料20-30kg;加入比例石灰粉:萤石=3:1~4:1;石灰颗粒20~50mm,Cao%≥96%;萤石为粉剂,小于100目,CaF2%≥98%;
完全熔化后,将炉渣扒除干净,重新造渣,吨钢渣料15-20kg/t。再加入15-5PH返回料及铁合金调整成分;
出钢之前,将钢中Cu、Ni、Nb、Cr、Mn调整至成分范围下限;P≤0.012%;Si、V不做调整;Al=0.06~0.08%;C=0.1~0.15%。成分达到目标要求后,将炉渣扒清、出钢,出钢温度为1600-1650℃。
S2、第一次LF精炼:调整钢水成分、温度;第一次LF精炼过程中,精炼过程加入石灰和萤石粉,吨钢渣料10-15kg;石灰粉:萤石=3:1~4:1。渣料随电炉出钢过程加入1/2,另外1/2在LF炉加完;LF精炼过程,碳含量进一步调整至0.15-0.20%;Cu、Ni调整至目标成分范围,Nb、Mn仍然保持下限,Cr调整至成分范围上限,其它成分不做调整;LF精炼过程50~60min,出钢温度≥1670℃。
S3、VOD精炼:吹氧脱碳,降低钢水碳含量;VOD精炼过程中,真空吹氧精炼;真空吹氧时间30min,吹氧结束后静置20min,破真空。精炼完成后C≤0.02%。
S4、第二次电炉冶炼:将VOD精炼完成的钢水转入电炉,实现钢-渣分离,并在电炉中重新造渣、调整成分;第二次电炉冶炼过程中,首先将真空吹氧完成的钢水放入电炉,并彻底钢渣分离。然后迅速向电炉中加入炉渣,要求成渣后渣中TiO2含量≤0.15%;电炉冶炼过程连续进行扒渣、补渣操作,直到渣子变白,并保持20min,即可出钢,出钢温度1600-1650℃。出钢之前,除Al以外,所有成分进入目标成分;Al=0.1-0.12%。出钢之前不扒渣,钢渣混出。
S5、第二次LF精炼:调整温度,白渣精炼,成分不予调整;在第二次LF精炼过程中,除了加热以外,LF炉内不加入任何合金或渣料。精炼过程钢包底吹气量以钢包渣面微微波动为主,钢水不裸露。精炼时间30min-40min,钢水温度达到1670℃时精炼完成。
S6、VD精炼:真空精炼,进一步降低钢中的气体其夹杂物含量;
S7、浇铸:保护浇铸成电极棒;
S8、电渣重熔:对电极棒进一步精炼。
实施例
本实施例的一种15-5PH不锈钢电渣锭的制备方法,采用的工艺流程为:第一次电炉冶炼-第一次LF精炼-VOD精炼-第二次电炉冶炼-第二次LF精炼炉-VD真空精炼-保护浇铸-电渣重熔。具体制备步骤如下:
(1)第一次电炉冶炼过程。首先加入普通废钢(碳钢),不低于总入炉料的1/2。渣料为石灰和萤石粉的混合物。萤石粉在加入之前,需要在其表面采用雾化加湿处理,雾化水加入比例为1~5%。吨钢渣料20-30kg;加入比例石灰粉:萤石=3:1~4:1;石灰颗粒20~50mm,Cao%≥96%;萤石为粉剂,小于100目,CaF2%≥98%。
完全熔化后,将炉渣扒除干净,重新造渣,吨钢渣料15-20kg/t。再加入15-5PH返回料及铁合金调整成分。
出钢之前,钢水成分按照如下控制:Al=0.06-0.08%、C=0.1-0.15%、Cu=2.80-3.10%、Ni=3.8-4.2%、Nb=0.15-0.20%、Cr=13.0-14.0%、Mn=0.2-0.3%、P≤0.012%;Si、V不做调整。成分达到目标要求后,将炉渣扒清、出钢,出钢温度为1600-1650℃。
(2)第一次LF精炼。第一次LF精炼。精炼过程加入石灰和萤石粉,吨钢渣料10-15kg;石灰:萤石=3:1~4:1。渣料随出钢过程加入1/2,另外1/2在LF炉加完。
LF精炼过程,碳含量进一步调整至0.15-0.20%;Cu=3.1-4.0%、Ni=4.2-5.0%、Nb=0.15-0.20%、Cr=15.0-15.0%、Mn=0.2-0.3%;其它成分不做调整。
LF精炼过程50~60min,出钢温度≥1670℃。
(3)VOD精炼。真空吹氧时间30min,吹氧结束后静置20min,破真空。精炼完成后C≤0.02%。VOD炉内除真空下吹氧以外,不添加任何合金和渣料。
(4)第二次电炉冶炼。将VOD冶炼完成的钢水倒入电炉,并彻底钢渣分离。然后迅速向电炉中加入炉渣,成渣后渣中TiO2含量≤0.15%。
电炉冶炼过程连续进行扒渣、补渣操作,直到渣子变白,并保持20min,即可出钢,出钢温度1600-1650℃。出钢之前,除Al以外,所有成分进入目标成分。Al=0.10-0.12%。出钢之前不扒渣,钢渣混出。
(5)第二次LF精炼。除了加热以外,LF炉内不加入任何合金或渣料。精炼过程钢包底吹气量以钢包渣面微微波动为主,钢水不裸露。精炼时间30min-40min,钢水温度达到1670℃,精炼完成。
(6)VD真空精炼。高真空下保持30-40min。
(7)浇铸:保护浇铸成电极棒;
(8)电渣重熔:对电极棒进一步精炼。
本实施例的制备方法进行冶炼,电渣锭的化学成分如表1所示,杂质元素及气体含量如表2所示:
表1化学成分含量表
C/% |
Si/% |
Mn/% |
Cr/% |
Cu/% |
Ni/% |
Nb/% |
V/% |
Al/% |
0.035 |
0.38 |
0.48 |
15.10 |
3.16 |
4.62 |
0.37 |
0.095 |
0.024 |
表2杂质元素及气体含量
P/% |
S/ppm |
Ti/ppm |
O/ppm |
N/ppm |
H/ppm |
0.014 |
8 |
13 |
18 |
230 |
1.6 |
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是,应当理解,可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的,而不是限制性的,如果存在任何这样的修改和变型,那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外,背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义,并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地,尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例,但是本发明并不局限于这些实施例,而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例,而且本发明的各个实施例之间可以根据需要进行组合。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释,且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例,这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此,本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定,而不是由上文给出的说明和示例来确定。