CN112355254B - 一种超低氮下注钢锭的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低氮下注钢锭的制造方法，包括以下步骤：S3浇注预备；S4浇注：S401打开吹氩滑板，开始浇注，浇注时控制浇注速度，并且浇注过程中，锭模持续吹氩保护，其中，锭身注速为1.5～1.8t/min，冒口补缩注速≤0.55t/min；S402钢液上冒口时加入保护渣，保护渣加入量为2.5kg/t钢，并且整个浇注过程中，钢液面暴露出保护渣的总时长≤30秒。本发明通过浇注预备与浇注的特殊设置，将浇注过程中吸氮量控制在5ppm以下，极大降低了浇注过程中，钢液通过卷吸造成的氮含量上升，为进一步更低氮钢锭的生产奠定基础。

Description

一种超低氮下注钢锭的制造方法

技术领域

本发明涉及普通下注合金钢锭制造领域，尤其涉及一种超低氮下注钢锭的制造方法。

背景技术

随着锻件产品性能指标的要求越来越高，相应的，对钢锭的成分要求也越来越苛严，部分热处理工艺对应的需要对钢中的氮含量控制在极低的水平，一般要求氮含量不大于40ppm，甚至要求低于30ppm。而氮作为空气中的主要组成部分，常规的低合金钢，1600℃时，在常压大气环境下，氮在钢中的饱和溶解度约为300ppm(计算公式为：

)。由于普通的下注钢锭，其浇注无法在真空中进行，故在浇注过程中会出现极大的增氮现象。具体地，一般VD真空处理前，钢中的氮含量为70～110ppm，处理后，钢中的氮含量一般在50～70ppm左右；在浇注过程中，钢液通过卷吸行为，大量吸氮，有研究证明，在不保护或保护不佳的情况下，钢水在大气下注过程中吸氮量为30～50ppm，在一般氩气保护浇注情况下，吸氮量约为20ppm左右，故经以上两个步骤，钢中氮含量均较大，最终要将钢锭氮控制到30ppm以下，难度是非常大的。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案，以至少解决一个步骤中的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种超低氮下注钢锭的制造方法，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种超低氮下注钢锭的制造方法，包括以下步骤：

S3浇注预备：

S301对下注用钢锭模、中注管进行吹氩气置换空气，流量为200～250NL/min；

S302钢包吊出后，进行外引流，放尽水口中的填料，采用吹氩滑板系统，打开氩气进行滑板吹氩；

S303将钢包吊至中注管上方，水口对准中注管后，放置氩气保护装置，接通氩气，氩气流量调整至240～300NL/min，氩气压力＞4Mpa；

S4浇注：

S401打开吹氩滑板，开始浇注，浇注时控制浇注速度，并且浇注过程中，锭模持续吹氩保护，其中，锭身注速为1.5～1.8t/min，冒口补缩注速≤0.55t/min；

S402钢液上冒口时加入保护渣，保护渣加入量为2.5kg/t钢，并且整个浇注过程中，钢液面暴露出保护渣的总时长≤30秒。

本发明的一优选实施例中，还包括步骤：

S2VD真空处理：

S201钢包真空处理过程中，真空度保持＜65pa，且保持时间45～50min，并且钢包底吹氩气流量保持在300～400NL/min。

本发明的一优选实施例中，还包括步骤：

S5浇注后续：

S501浇注结束后1min内，钢液内加入发热剂，发热剂加入量为1.4～1.7kg/t钢，再加入20kg碳化稻壳作为覆盖剂。

本发明的一优选实施例中，氩气保护圈的吹氩孔直径为3.5～4.5mm，一圈共20～25孔。

本发明的一优选实施例中，氩气保护圈的吹氩孔直径为4mm，一圈共24孔。

本发明的一优选实施例中，单支钢锭的锭身注速为1.5～1.8t/min。

本发明的一优选实施例中，S2VD真空处理与S4浇注，两步骤之间时差≤30min。

本发明的一优选实施例中，还包括步骤：

S202步骤S201结束后，取样检测，若钢中氮含量≤25ppm，则合格，若钢中氮含量＞25ppm，则钢水升温至1640～1650℃后，在30min内重复完成步骤S201。

本发明的一优选实施例中，还包括步骤：

S1真空预备：

S101除C、Al外，所有合金成分进内控规范；

S102钢水温度调整至1670～1690℃。

本发明的一优选实施例中，还包括步骤：

S502钢锭脱模后热送至锻造车间。

本发明的一优选实施例中，还包括步骤：

S203钢中氮含量合格后，调整C、Al成分进内控，同时钢水升温至1570℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过浇注预备与浇注的特殊设置，将浇注过程中吸氮量控制在5ppm以下，极大降低了浇注过程中，钢液通过卷吸造成的氮含量上升，为进一步更低氮钢锭的生产奠定基础。

(2)本发明通过浇注前的VD真空处理，将钢中的氮含量控制不大于25ppm，相较于常规VD真空处理后的50～70ppm氮含量，产生了质的飞跃，为进一步更低氮钢锭的生产奠定基础。

附图说明

图1为本发明一实施例的流程图。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

实施例1：某一炉次饼类件，钢种40CrMnMo，锭型为54t，一次浇两锭。本实施例中特别是对浇注步骤工艺进行改进，具体为：

S3浇注预备：

浇注前10～15min，并保证吹氩时间大于10分钟，对钢锭模、中注管进行吹氩气置换空气，以用Ar气置换空气，减少钢锭模内氮的含量，减少钢水增氮，流量200～250NL/min，以保证置换空气的效果。钢包吊出后，进行外引流，放尽水口中的填料，采用吹氩滑板系统，打开氩气进行滑板吹氩，从而浇注时可自动开浇，无需吹氧，可减少吸氮。将钢包吊至中注管上方，水口对准中注管后，放置氩气保护装置，氩气保护装置参考CN101722281B设置，氩气保护装置由内筒和外筒组成，在内筒和外筒的下端设有连接内筒和外筒的连接板，在连接板上端的内筒和外筒之间填充陶瓷纤维圈，在连接板下端的外筒壁上设有向外延伸的氩气导入管，与氩气导入管对应的内筒壁上设有多个使氩气流出的吹氩孔，在原有的保护装置基础上，增加吹氩孔的数量及孔径，以满足本方法要求，其中，氩气保护圈的吹氩孔直径为4mm，一圈共24孔，试验证明，以上设计既可以保证吹氩的压力，又可以保证流量。吹氩孔数量过少，孔径过小，在保证氩气压力的情况下，流量过小，氩气保护效果不佳，吹氩孔过多，孔径过大，则氩气压力不够。接通氩气，氩气流量调整至280NL/min，氩气压力＞5.0Mpa，氩气保护装置的氩气保护圈的陶瓷纤维圈完全包裹住水口。

S4浇注：

打开吹氩滑板，开始浇注，浇注时控制浇注速度。锭身注速：1.7t/min，保持较低的注速，从而减少注流对空气的吸卷效应及钢液面暴露至空气的时间，尤其指单支钢锭。冒口补缩注速：0.51t/min，以保证冒口补缩效果。浇注过程中，锭模持续吹氩保护，直至钢液上冒口，同时加入保护渣，保护渣加入量2.5kg/t钢，以减少钢液面暴露至空气的时间，通过筛网连续加入，钢液面暴露出保护渣的总时长控制在约15秒，以减少液面暴露吸氮。

通过以上步骤，将浇注过程中吸氮量控制在5ppm以下，相较于在常规氩气保护浇注情况下，吸氮量约为20ppm左右，极大降低了浇注过程中，钢液通过卷吸造成的氮含量上升，为进一步更低氮钢锭的生产奠定基础。

本方法还可以包括S5浇注后续：浇注结束后1min内，迅速加入发热剂，发热剂加入量为1.4～1.7kg/t钢，并加入20kg碳化稻壳作为覆盖剂，以保证冒口补缩效果。钢锭脱模后热送至锻造车间，并在钢锭底部、冒口端取样，测得钢锭平均氮含量为26ppm。

实施例2：一种超低氮下注钢锭的制造方法，在实施例1的基础上，进一步特别地对浇注前的VD真空处理步骤工艺进行改进，具体为在S3浇注预备前还包括：

S1真空预备：

精炼还原，合金化，除C、Al，其余成分调整至内控规范，钢水升温至1670℃，进VD工位。

S2VD真空处理：

开始真空处理，15min后，真空度降至40pa，且保持时间45～50分钟。真空处理过程中，钢包底吹氩气流量需保持在400NL/min。

真空结束后，取样，测得氮含量为23ppm，本步骤中氮含量合格，调整C、Al成分进内控，同时钢水升温至1570℃，完毕吊出浇钢。若钢中氮含量不合格，即氮含量＞25ppm，则钢水升温至1640～1650℃后，由于二次真空时间短，温降较少，因此升温可以小于一次真空，进行二次真空处理，第二次真空处理有效时间为30分钟。重复真空处理次数视钢水成分、钢包状况定，一般一次真空即可达到效果，二次真空后全部达到。

真空处理与浇注，两步骤之间时差≤30min，即真空处理结束至吊出浇注时间需控制在30min以内。

本实施例中通过浇注前的VD真空处理，将经真空处理后的钢中的氮含量控制不大于25ppm，相较于常规VD真空处理后的50～70ppm氮含量，产生了质的飞跃，为进一步更低氮钢锭的生产奠定基础。并且配合后续浇注步骤，实现了最终得到下注钢锭的氮含量在30ppm以下。

综上所述，本发明用于生产制备普通碳钢或中低合金钢的下注钢锭，采用电弧炉粗炼钢水，钢水通过钢包精炼后进行真空处理，一般真空处理前，钢水的氮含量为70～100ppm，通过本发明可控制浇注和/或真空处理后的钢中氮含量，具体地，可将VD真空处理后钢液氮含量控制在25ppm以下，浇注吸氮量控制在5ppm以下，最终得到下注钢锭的氮含量在30ppm以下。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (7)

1.一种超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2VD真空处理：

S201钢包真空处理过程中，真空度保持＜65pa，且保持时间45～50min，并且钢包底吹氩气流量保持在300～400NL/min；

S3浇注预备：

S301对下注用钢锭模、中注管进行吹氩气置换空气，流量为200～250NL/min；

S302钢包吊出后，进行外引流，放尽水口中的填料，采用吹氩滑板系统，打开氩气进行滑板吹氩；

S303将钢包吊至中注管上方，水口对准中注管后，放置氩气保护装置，接通氩气，氩气流量调整至240～300NL/min，氩气压力＞4Mpa，氩气保护装置中的氩气保护圈的吹氩孔直径为3.5～4.5mm，一圈共20～25孔；

S4浇注：

S401打开吹氩滑板，开始浇注，浇注时控制浇注速度，并且浇注过程中，锭模持续吹氩保护，其中，锭身注速为1.5～1.8t/min，冒口补缩注速≤0.55t/min；

S402钢液上冒口时加入保护渣，保护渣加入量为2.5kg/t钢，并且整个浇注过程中，钢液面暴露出保护渣的总时长≤30秒，

其中，S2VD真空处理与S4浇注，两步骤之间时差≤30min。

2.根据权利要求1所述的超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，还包括步骤：

S5浇注后续：

S501浇注结束后1min内，钢液内加入发热剂，发热剂加入量为1.4～1.7kg/t钢，再加入20kg碳化稻壳作为覆盖剂。

3.根据权利要求1所述的超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，单支钢锭的锭身注速为1.5～1.8t/min。

4.根据权利要求1所述的超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，还包括步骤：

S202步骤S201结束后，取样检测，若钢中氮含量≤25ppm，则合格，若钢中氮含量＞25ppm，则钢水升温至1640～1650℃后，在30min内重复完成步骤S201。

5.根据权利要求1所述的超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，还包括步骤：

S1真空预备：

S101除C、Al外，所有合金成分进内控规范；

S102钢水温度调整至1670～1690℃。

6.根据权利要求2所述的超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，还包括步骤：

S502钢锭脱模后热送至锻造车间。

7.根据权利要求4所述的超低氮下注钢锭的制造方法，其特征在于，还包括步骤：

S203钢中氮含量合格后，调整C、Al成分进内控，同时钢水升温至1570℃。

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