CN112029961A - 一种含氮超级不锈钢的铝脱氧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金领域，尤其涉及一种含氮超级不锈钢铝脱氧方法。该铝脱氧方法包括：含氮超级不锈钢铬还原后扒渣，向钢水中加入石灰、萤石和铝块造新渣，进行脱硫，之后转入LF精炼工位；将铝豆和硅钙粉混合后分为两等份，加入第一份脱氧剂进行渣面扩散脱氧；之后依次向钢水中加入铝线和硅钙线进行沉淀脱氧和钙处理；加第二份脱氧剂继续渣面扩散脱氧；继续软吹，温度合格后出钢，进行模铸或者连铸。该铝脱氧方法能将含氮超级不锈钢中的铝含量控制在0.015～0.030％、全氧控制在20ppm以内，避免热加工以及热处理过程由于铝含量过高导致氮化铝的析出，从而提高含氮超级不锈钢的冷/热加工性能和力学性能。

Description

一种含氮超级不锈钢的铝脱氧方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种含氮超级不锈钢的铝脱氧方法。
背景技术
含氮超级不锈钢主要包括超级双相不锈钢(如S32750和S32707)和超级奥氏体不锈钢(如254SMO)。超级双相不锈钢和超级奥氏体不锈钢通常含有很高的氮，且氮主要以间隙固溶的形式存在。氮的加入能大幅度地提高超级不锈钢的耐蚀性能和断裂强度，而不显著恶化其断裂韧性。另外，氮作为廉价、高效的奥氏体组织稳定元素，通过“以氮代镍”能大幅度地降低生产成本。相较于普通双相不锈钢和奥氏体不锈钢，除氮元素外，超级不锈钢还含有更高的Cr、Ni、Mo等合金元素，因此力学性能和耐蚀性能均大幅度提升，广泛应用在极端苛刻的服役环境，如石油化工、海水淡化、纸浆漂白系统和烟气脱硫塔等。
超级不锈钢由于合金含量非常高，导致冷/热加工难度大，加工过程极易出现裂纹，严重影响成材率。裂纹的产生除了与加工工艺有关外，还与钢中的氧、硫含量有关。氧和硫在钢中以非金属夹杂物的形式存在。钢受力过程中，非金属夹杂物会造成应力集中，导致裂纹的产生。因此，为提高超级不锈钢的冷/热加工性能和力学性能，需严格控制超级不锈钢的氧、硫含量。
相较于硅脱氧，铝脱氧的平衡溶解氧含量更低，因此铝脱氧能力更强。但是，对于含氮超级不锈钢，铝脱氧工艺存在两个难点：(1)铝含量精确、稳定控制。由于含氮超级不锈钢中的氮含量普遍很高，钢中铝含量过高时，铝与氮反应形成硬且带尖角的氮化铝析出相。大量析出的氮化铝会恶化钢的力学性能和耐蚀性能。另外，若铝含量偏低，脱氧效果不理想。因此，含氮超级不锈钢中的铝含量应控制在0.015～0.030％。该成分区间比较窄，控制难度大；(2)精炼渣成分控制。与碳钢相比，不锈钢吹炼终点钢水中氧含量大幅度降低，因此铝的加入量也相应减少，导致渣中氧化铝含量低，使渣的熔点升高，粘度变大。为此，需要加入大量的萤石(约石灰加入量的60％)来提高渣的流动性。大量使用萤石，不仅污染环境，还加速炉衬的侵蚀，缩短炉衬寿命，增加成本。
鉴于含氮超级不锈钢铝脱氧工艺难度大，当前含氮超级不锈钢的生产中仍普遍采用硅脱氧，导致全氧含量偏高。因此，亟需开发一种含氮超级不锈钢铝脱氧工艺，以提高含氮超级不锈钢的洁净度，改善其冷/热加工性能和力学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含氮超级不锈钢的铝脱氧方法。此法操作难度低，能够精确控制铝含量到0.015～0.030％，并将含氮超级不锈钢中的全氧控制在20ppm以内。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种含氮超级不锈钢铝脱氧方法，包括以下步骤：(1)含氮超级不锈钢采用AOD或VOD炉进行脱碳，铬还原结束后扒渣，向钢水中加入石灰、萤石和铝块造新渣，进行脱硫，所述石灰的加入量为15～20kg/t，萤石的加入量为5～10kg/t，铝块的加入量为2～3kg/t；
(2)所述脱硫结束后，进行出钢或吊包操作，转入LF精炼工位，调整温度和氩气流量；
(3)将铝豆和硅钙粉混合均匀，作为脱氧剂；将总计1～2kg/t的脱氧剂分为2等份，将第一份脱氧剂均匀撒在渣面上，进行第一次渣面扩散脱氧；
(4)所述第一次渣面扩散脱氧后，向钢水中加入铝线进行沉淀脱氧，2～3min后，加入硅钙线，进行钙处理，所述铝线的加入量为0.05～0.2kg/t，所述硅钙线的加入量为0.5～0.8kg/t；
(5)所述钙处理后，将第二份脱氧剂均匀撒在渣面上，进行第二次渣面扩散脱氧；
(6)继续软吹，温度合格后出钢，进行模铸或者连铸。
优选的，步骤(1)所述扒渣后钢水裸露面积超过80％。
优选的，步骤(1)所述的石灰中CaO含量>95wt.％，萤石中CaF2含量>85wt.％。
优选的，步骤(1)所述脱硫的时间为12～18min。
优选的，步骤(2)所述出钢或吊包操作过程炉渣至少70％被保留，用于后续的LF精炼。
优选的，步骤(2)所述温度为1590～1610℃，所述氩气的流量为5～10NL/(min·t)。
优选的，步骤(3)所述的铝豆粒度<10mm，硅钙粉粒度<5mm；所述脱氧剂中铝豆质量占比为20～60％；所述硅钙粉中硅含量>60％，钙含量>30％。
优选的，步骤(3)所述的第一次渣面扩散脱氧和步骤(5)所述的第二次渣面扩散脱氧时间间隔为10～12min。
优选的，所述步骤(6)软吹的时间为15～20min。
优选的，LF精炼终点精炼渣成分按质量百分比为：50～60％CaO，15～20％Al2O3，8～12％CaF2，5～10％SiO2，5～10％MgO，0～1％(FeO+MnO)，其余为杂质，且杂质含量<1％，其中CaO与(Al2O3+CaF2)之和的质量比CaO/(Al2O3+CaF2)为1.8～2.1，CaO与SiO2质量比CaO/SiO2>5。
本发明提供了一种含氮超级不锈钢的铝脱氧方法，本发明用以下三种方式加入铝脱氧剂：(1)在AOD/VOD铬还原后的脱硫阶段加入铝块。该阶段加入的铝主要与炉渣中的氧化性物质以及空气反应，形成Al2O3，作为炉渣的主要成分，降低炉渣熔点。另外，炉渣中氧化性物质被铝还原后，可大幅度减少后续钢水中铝的烧损，利于铝的精确控制；(2)在LF精炼过程将铝豆和硅钙粉混匀后均匀撒在渣面，进行渣面扩散脱氧。该阶段加入的铝豆和硅钙粉一方面是为了继续还原炉渣中的氧化性物质，实现造白渣深脱硫，同时抑制钢水中铝的烧损；另一方面，铝豆和硅钙粉能起到调控炉渣成分的作用，降低炉渣熔点，促进夹杂物的吸收；(3)在LF精炼过程用喂线机向钢水喂入铝线，进行沉淀脱氧。该阶段铝的收得率高，利于铝的精确控制。为降低渣面扩散脱氧加入的铝豆被卷进钢水的可能性，将铝豆和硅钙粉分两个批次加入。加入第一批次铝豆和硅钙粉后，喂入铝线进行沉淀脱氧，之后加入第二批次铝豆和硅钙粉。
本发明通过控制铝脱氧剂的加入量、加入方式和加入时机，实现深脱氧、深脱硫的目的，提高含氮超级不锈钢的洁净度，从而改善含氮超级不锈钢的冷/热加工性能和力学性能。本发明提供的铝脱氧方法难度低，易于实现工业化生产。实施例结果表明，本发明提供的铝脱氧方法能将含氮超级不锈钢的全铝含量控制在0.019～0.026％，全氧含量控制在15～18ppm。
进一步的，本发明方案萤石的用量低，仅为石灰加入量的40％左右，能够降低含氟炉渣对炉衬的侵蚀，减少环境污染。
具体实施方式
本发明提供了一种含氮超级不锈钢的铝脱氧方法，包括以下步骤：
(1)含氮超级不锈钢采用AOD或VOD炉进行脱碳，铬还原结束后扒渣，向钢水中加入石灰、萤石和铝块造新渣，进行脱硫，所述石灰的加入量为15～20kg/t，萤石的加入量为5～10kg/t，铝块的加入量为2～3kg/t；
(2)所述脱硫结束后，进行出钢或吊包操作，转入LF精炼工位，调整温度和氩气流量；
(3)将铝豆和硅钙粉混合均匀，作为脱氧剂；将总计1～2kg/t的脱氧剂分为2等份，将第一份脱氧剂均匀撒在渣面上，进行第一次渣面扩散脱氧；
(4)所述第一次渣面扩散脱氧后，向钢水中加入铝线进行沉淀脱氧，2～3min后，加入硅钙线，进行钙处理，所述铝线的加入量为0.05～0.2kg/t，所述硅钙线的加入量为0.5～0.8kg/t；
(5)所述钙处理后，将第二份脱氧剂均匀撒在渣面上，进行第二次渣面扩散脱氧；
(6)继续软吹，温度合格后LF精炼结束，进行模铸或者连铸。
在本发明中，转入AOD或VOD工序的钢水来源不限，但本发明优选利用EAF炉对含氮超级不锈钢进行熔炼。本发明对所述AOD或VOD工序的脱碳和控氮工艺没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的工艺即可。
在本发明中，所述AOD或VOD工序的铬还原工艺优选为利用硅铁还原铬。本发明对所述铬还原的具体操作工艺没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的操作工艺即可。
在本发明中，所述铬还原后进行扒渣操作，扒渣后钢水裸露面积优选>80％，更优选为>90％，利于造高碱度渣，对脱硫有利。
在本发明中，所述石灰的加入量为15～20kg/t，优选为16～18kg/t。所述石灰中CaO的质量百分含量优选>95％。所述萤石的加入量为5～10kg/t，优选为6～8kg/t。所述萤石中CaF2的质量百分含量优选>85％。所述铝块的加入量为2～3kg/t，优选为2.4～2.6kg/t。所述铝块的粒径优选为≤100mm。
在本发明中，所述铝豆和硅钙粉的总量为1～2kg/t，优选为1.4～1.6kg/t。所述铝豆和硅钙粉中铝豆质量占比为20～60％，优选为30～40％。所述铝豆的粒径优选≤10mm。所述硅钙粉的粒径优选≤5mm。所述硅钙粉中硅的含量>60％，钙含量>30％。
在本发明中，所述第一次渣面扩散脱氧和第二次渣面扩散脱氧时间间隔优选为10～12min。
在本发明中，所述铝线的加入量为0.05～0.2kg/t，优选为0.1～0.15kg/t。所述硅钙线的加入量为0.5～0.8kg/t，优选为0.6～0.7kg/t。所述硅钙线中硅的含量>60％，钙含量>30％。本发明对所述铝线和硅钙线的直径没有特殊的要求，使用生产中常用的铝线和硅钙线即可。
在本发明中，LF精炼终点精炼渣成分按质量百分比为：50～60％CaO，15～20％Al2O3，8～12％CaF2，5～10％SiO2，5～10％MgO，0～1％(FeO+MnO)，其余为杂质，且杂质含量<1％。LF精炼渣中CaO与(Al2O3+CaF2)之和的质量比CaO/(Al2O3+CaF2)为1.8～2.1，CaO与SiO2质量比CaO/SiO2>5，保证精炼渣有足够的流动性，且碱度高，使脱硫条件好，夹杂物吸收能力强，铝烧损低。
在本发明中，萤石的用量低，仅为石灰加入量的40％左右，能够降低含氟炉渣对炉衬的侵蚀，减少环境污染。
下面结合实施例对本发明提供的含氮超级不锈钢的铝脱氧方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用“EAF冶炼+AOD冶炼+LF精炼+连铸”工艺冶炼S32750超级双相不锈钢，钢水量为30t。目标钢种成分(wt.％)如表1所示：
表1目标钢种成分(wt.％)
Figure BDA0002675124410000051
铝脱氧方法如下：
(1)依次对含氮超级不锈钢进行EAF冶炼和AOD冶炼，冶炼过程均按照常规方法进行；在AOD冶炼的过程中，进行脱碳、硅铁还原铬以及吹氩氮混合气体控氮；
(2)所述还原铬后，进行扒渣，扒渣后钢水裸露面积超过90％。向钢水中加入15kg/t石灰(CaO含量>95wt.％)、6kg/t萤石(CaF2含量>wt.85％)和2kg/t铝块，进行脱硫；
(3)脱硫15min后，进行出钢操作，将钢水和全部炉渣倒入低碳钢包，转入LF精炼工位；
(4)调整钢水温度到1610℃后，调整氩气流量为6NL/(min·t)进行软吹，使渣面微动，钢水不裸露为原则；
(5)将0.6kg/t铝豆(粒径≤10mm)和1.4kg/t硅钙粉(粒径≤5mm，硅含量>60wt.％，钙含量>30wt.％)混合均匀后分成两等份。将第一份铝豆和硅钙粉均匀撒在渣面上，进行渣面扩散脱氧；
(6)用喂线机喂入铝线0.20kg/t，进行铝脱氧。3min后，用喂线机喂入硅钙线(硅含量>60wt.％，钙含量>30wt.％)0.7kg/t，进行钙处理；
(7)距离第一次渣面扩散脱氧10min后，将第二份铝豆和硅钙粉均匀撒在渣面上，继续渣面扩散脱氧；
(8)钙处理后继续软吹15min，钢水温度降到1565℃。将钢包吊到连铸工位进行连铸，连铸采用保护浇铸。
LF精炼终点取渣样分析成分，结果如下表2所示：
表2实施例1得到的LF精炼渣的成分(wt.％)
Figure BDA0002675124410000061
在铸坯尾部R/2位置处取样分析，全铝含量为0.026％，全氧含量为17ppm。
实施例2
采用“EAF冶炼+AOD冶炼+LF精炼+模铸”工艺冶炼S32707特超级双相不锈钢，钢水量为30t。目标钢种成分(wt.％)如表3所示：
表3目标钢种成分(wt.％)
Figure BDA0002675124410000071
铝脱氧方法如下：
(1)依次对含氮超级不锈钢进行EAF冶炼和AOD冶炼，冶炼过程均按照常规方法进行；在AOD冶炼的过程中，进行脱碳、硅铁还原铬以及吹氩氮混合气体控氮；
(2)所述还原铬后，进行扒渣，扒渣后钢水裸露面积超过90％。向钢水中加入17kg/t石灰(CaO含量>95wt.％)、7kg/t萤石(CaF2含量>wt.85％)和2.5kg/t铝块，进行脱硫；
(3)脱硫13min后，进行出钢操作，将钢水和全部炉渣倒入低碳钢包，转入LF精炼工位；
(4)调整钢水温度到1597℃后，调整氩气流量为6NL/(min·t)进行软吹，使渣面微动，钢水不裸露为原则；
(5)将0.6kg/t铝豆(粒径≤10mm)和0.9kg/t硅钙粉(粒径≤5mm，硅含量>60wt.％，钙含量>30wt.％)混合均匀后分成两等份。将第一份铝豆和硅钙粉均匀撒在渣面上，进行渣面扩散脱氧；
(6)用喂线机喂入铝线0.10kg/t，进行铝脱氧。3min后，用喂线机喂入硅钙线(硅含量>60wt.％，钙含量>30wt.％)0.6kg/t，进行钙处理；
(7)距离第一次渣面扩散脱氧11min后，将第二份铝豆和硅钙粉均匀撒在渣面上，继续渣面扩散脱氧；
(8)钙处理后继续软吹17min，钢水温度降到1540℃。将钢包吊到浇铸台车上，进行模铸，铸锭尺寸为14寸。
LF精炼终点取渣样分析成分，结果如下表4所示：
表4实施例2得到的LF精炼渣的成分(wt.％)
Figure BDA0002675124410000072
在铸锭尾部R/2位置处取样分析，全铝含量为0.022％，全氧含量为15ppm。
实施例3
采用“EAF+VOD+LF+模铸”工艺冶炼254SMO超级奥氏体不锈钢，钢水量为30t。目标钢种成分(wt.％)如表5所示：
表5目标钢种成分(wt.％)
Figure BDA0002675124410000081
铝脱氧方法如下：
(1)依次对含氮超级不锈钢进行EAF冶炼和VOD冶炼，冶炼过程均按照常规方法进行；在VOD冶炼的过程中，进行脱碳、硅铁还原铬；
(2)所述还原铬后，进行扒渣，扒渣后钢水裸露面积超过90％。向钢水中加入20kg/t石灰(CaO含量>95wt.％)、8kg/t萤石(CaF2含量>wt.85％)和3kg/t铝块，进行脱硫；
(3)脱硫14min后，进行真空脱气，之后吹氮气进行控氮。控氮结束后，进行吊包操作，转入LF精炼工位；
(4)调整钢水温度到1601℃后，调整氩气流量为6NL/(min·t)进行软吹，使渣面微动，钢水不裸露为原则；
(5)将0.6kg/t铝豆(粒径≤10mm)和0.4kg/t硅钙粉(粒径≤5mm，硅含量>60wt.％，钙含量>30wt.％)混合均匀后分成两等份。将第一份铝豆和硅钙粉均匀撒在渣面上，进行渣面扩散脱氧；
(6)用喂线机喂入铝线0.05kg/t，进行铝脱氧。3min后，用喂线机喂入硅钙线(硅含量>60wt.％，钙含量>30wt.％)0.8kg/t，进行钙处理；
(7)距离第一次渣面扩散脱氧12min后，将第二份铝豆和硅钙粉均匀撒在渣面上，继续渣面扩散脱氧；
(8)钙处理后继续软吹16min，钢水温度降到1547℃。将钢包吊到浇铸台车上，进行模铸，铸锭尺寸为14寸。
LF精炼终点取渣样分析成分，结果如下表6所示：
表6实施例3得到的LF精炼渣的成分(wt.％)
Figure BDA0002675124410000091
在铸锭尾部R/2位置处取样分析，全铝含量为0.019％，全氧含量为18ppm。
由以上实施例可以看出，本发明提供的铝脱氧方法操作难度低，能够精确控制铝的含量，并将含氮超级不锈钢中的全氧控制在20ppm以内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含氮超级不锈钢铝脱氧方法，包括以下步骤：
(1)含氮超级不锈钢采用AOD或VOD炉进行脱碳，铬还原结束后扒渣，向钢水中加入石灰、萤石和铝块造新渣，进行脱硫，所述石灰的加入量为15～20kg/t，萤石的加入量为5～10kg/t，铝块的加入量为2～3kg/t；
(2)所述脱硫结束后，进行出钢或吊包操作，转入LF精炼工位，调整温度和氩气流量；
(3)将铝豆和硅钙粉混合均匀，作为脱氧剂；将总计1～2kg/t的脱氧剂分为2等份，将第一份脱氧剂均匀撒在渣面上，进行第一次渣面扩散脱氧；
(4)所述第一次渣面扩散脱氧后，向钢水中加入铝线进行沉淀脱氧，2～3min后，加入硅钙线，进行钙处理，所述铝线的加入量为0.05～0.2kg/t，所述硅钙线的加入量为0.5～0.8kg/t；
(5)所述钙处理后，将第二份脱氧剂均匀撒在渣面上，进行第二次渣面扩散脱氧；
(6)继续软吹，温度合格后LF精炼结束，转入模铸或者连铸工位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述扒渣后钢水裸露面积超过80％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的石灰中CaO含量>95wt.％，萤石中CaF2含量>85wt.％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述脱硫的时间为12～18min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述出钢或吊包操作过程炉渣至少70％被保留，用于后续的LF精炼。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述温度为1590～1610℃，所述氩气的流量为5～10NL/(min·t)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的铝豆粒度<10mm，硅钙粉粒度<5mm；所述脱氧剂中铝豆质量占比为20～60％；所述硅钙粉中硅含量>60％，钙含量>30％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的第一次渣面扩散脱氧和步骤(5)所述的第二次渣面扩散脱氧时间间隔为10～12min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)软吹的时间为15～20min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LF精炼结束后，LF精炼渣成分按质量百分比为：50～60％CaO，15～20％Al2O3，8～12％CaF2，5～10％SiO2，5～10％MgO，0～1％(FeO+MnO)，其余为杂质，且杂质含量<1％，其中CaO与(Al2O3+CaF2)之和的质量比CaO/(Al2O3+CaF2)为1.8～2.1，CaO与SiO2质量比CaO/SiO2>5。
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