CN112981249B - 用于保护气氛电渣重熔h13钢的电极棒母材的冶炼方法 - Google Patents
用于保护气氛电渣重熔h13钢的电极棒母材的冶炼方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，属于钢铁冶金领域。所述适用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法包括：电炉炼钢、LF炉精炼、VD真空脱气、保护浇注等步骤；本发明的方法通过调整LF渣的组成，调整合适的VD氩气软吹制度，保护浇注等方式可有效降低钢水中的夹杂物含量，提高电极棒母材的洁净度。采用本发明的方法制备的电极棒母材氧含量、夹杂物含量低，洁净度高，可有效解决现有用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材洁净度较低的问题。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及保护气氛电渣重熔H13钢，具体涉及一种用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法。
背景技术
模具是工业生产的基础，被称为“工业之母”，模具钢生产水平的高低，已经成为了衡量一个国家制造业水平高低的重要指标，依托于模具钢生产的各类模具决定着产品质量及其经济效益。现阶段我国主要应用的热作模具钢为国标H13(4Cr5MoSiV1)，在实际生产中，由于H13合金元素较多，各元素在生产过程中容易发生氧化烧损，脱氧过程产生氧化夹杂物，会降低产品质量，因此其冶炼过程必须严格控制其氧含量。
电渣重熔作为二次精炼工艺的一种，可以有效地降低钢中有害元素的含量。目前国内主要采用电炉熔炼、LF炉外精炼、VD真空脱气、模铸和有保护气氛的电渣重熔工艺路线制备H13热作模具钢。要想进一步提高经电渣重熔后，H13热作模具钢的洁净度，必须提供低氧含量的电极棒母材。然而H13热作模具钢电渣重熔用电极棒母材冶炼仍存在一定的技术难题。目前，在工业传统的冶炼工艺中，存在着LF精炼脱氧效果不好、钢水含氧量高，脱氧成本高，VD真空脱气阶段夹杂物上浮不彻底、钢液中氧化系夹杂物较多，浇注阶段钢液被空气污染发生氧化等一系列的问题。
因此，针对现有的生产工艺的不足，需要找到一种用于保护气氛电渣重熔H13钢的氧含量低，洁净度高的电极棒母材的生产工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材洁净度较低，氧含量较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，包括如下步骤：
a.电炉炼钢：取废钢、铁合金、结构件、增碳剂和生铁进行配料；将炉底垫石灰后装料，送电熔化；炉料全熔后吹氧，控制[C]含量为0.05-0.07％，[S]含量为0.04-0.07％，得到钢水；
b.LF炉精炼：加入直径为9-10mm的Al线100-110m/t炉；按照电极棒母材化学成分质量百分比：C 0.37-0.43％，Si 0.90-1.20％，Mn 0.30-0.50％，P≤0.020％，S≤0.005％，Cr4.95-5.50％，Mo 1.20-1.75％，V 0.90-1.1％，余量为Fe及不可避免杂质，微调合金成分，送电升温；加入Si-Ca合金粒20-30kg/炉，控制LF炉冶炼终点炉渣组成成分按质量百分比为：CaO45-55％，Al2O320-22.5％，SiO28-12％，MgO 6-9％；控制钢水中[Al]含量为0.02-0.04％，吊包；
c.VD真空脱气：氩气软吹总时间为25-40min；先控制真空度≤67Pa，氩气流量为180-200L/min，保持10-20min；再控制真空度≤1000Pa，氩气流量为130-170L/min，保持15-20min；破空前1-2min，控制氩气流量为20-50L/min，破空后吊包；
d.浇注：在电极棒专用模具内进行保护浇注，浇注完成后自然冷却，得到用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材。
上述步骤d中，所述保护浇注采用狭缝式氩气保护装置，并在保护装置的中注管上添加石棉保护套。
进一步的是，所述狭缝式氩气保护装置连接压力表，控制浇注过程中氩气压力为0.30-0.50MPa。
上述步骤a中，所述生铁中磷含量质量百分比≤0.10％，硫含量质量百分比≤0.10％。
上述步骤a中，吹氧采用单管低压深吹氧的方式，并充分搅拌钢水。
上述步骤a中，吹氧时炉料温度＞1600℃。
上述步骤b中，送电升温至温度＞1640℃。
上述步骤b中，所述Si-Ca合金粒的中Si含量质量百分比为40％，Ca含量质量百分比为60％。
上述步骤c中，吊包温度为1530-1540℃。
上述步骤d中，所述用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的氧含量＜20ppm，氧化系夹杂物＜15个/mm2。
本发明的有益效果是：本发明通过调整LF炉渣系组成、调整VD氩气软吹制度结合保护浇注的方法可降低电极棒母材的夹杂物含量，提高电极棒母材的洁净度。
电极棒的生产是使用Al和Si+Ca进行脱氧，脱氧产物与本发明采用的LF炉渣组成成分近似，因相似相溶原理，使钢水中的脱氧产物迅速溶于熔渣中；同时本发明调整了VD氩气软吹制度，采用本发明软吹制度可以在保证搅拌能力的同时，防止过分剧烈的搅拌使得熔渣被“卷入”钢液中，通过充分搅拌钢液，使密度小的夹杂物上浮到渣层中；通过调整渣系与VD氩气软吹制度的联合作用，将钢水中的脱氧产物和夹杂物去除，降低了钢水中的夹杂物含量。
同时，在调整渣系与VD氩气软吹制度降低钢水中夹杂物含量的基础上，本发明在浇注时采用了石棉保护套和狭缝式水口氩气保护装置，在浇注过程中隔绝大气，防止浇注过程中空气中的氧污染钢液，进一步避免了钢中氧含量上升，提高了电极棒母材的洁净度。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施：
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，包括如下步骤：
a.电炉炼钢：取废钢、铁合金、结构件、增碳剂和生铁进行配料；将炉底垫石灰后装料，送电熔化；炉料全熔后吹氧，控制[C]含量为0.05-0.07％，[S]含量为0.04-0.07％，得到钢水；
b.LF炉精炼：加入直径为9-10mm的Al线100-110m/t炉；按照电极棒母材化学成分质量百分比：C 0.37-0.43％，Si 0.90-1.20％，Mn 0.30-0.50％，P≤0.020％，S≤0.005％，Cr 4.95-5.50％，Mo 1.20-1.75％，V 0.90-1.1％，余量为Fe及不可避免杂质，微调合金成分，送电升温；加入Si-Ca合金粒20-30kg/炉，控制LF炉冶炼终点炉渣组成成分按质量百分比为：CaO 45-55％，Al2O320-22.5％，SiO28-12％，MgO 6-9％；控制钢水中[Al]含量为0.02-0.04％，吊包；
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d.浇注：在电极棒专用模具内进行保护浇注，浇注完成后自然冷却，得到用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材。
为了减少杂质，降低除杂成本，优选的是，上述步骤a中，所述生铁中磷含量质量百分比≤0.10％，硫含量质量百分比≤0.10％。
为了让加入的各种料熔化，且为脱磷提供适当的低温条件，因此优选的是，上述步骤a中，吹氧时炉料温度＞1600℃。
为了保证电炉炼钢的效果，优选的是，上述步骤a中，吹氧采用单管低压深吹氧的方式，并充分搅拌钢水。
LF炉精炼过程中因为加入了合金料，本身温度低，需要吸收熔池中的热量来熔化，因此优选的是，上述步骤b中，送电升温至温度＞1640℃。
为了更好地控制LF炉冶炼终点炉渣组成成分，因此优选的是，上述步骤b中，所述Si-Ca合金粒的中Si含量质量百分比为40％，Ca含量质量百分比为60％。
不同的钢凝固速度不同，需要有合适的起始浇注温度，因此优选的是，上述步骤c中，控制吊包温度为1530-1540℃，在此温度区间内，可以准确地根据浇注模具的尺寸、钢水凝固速度判断合适的浇注速度。
为了防止浇注过程中大气中的氧进入钢液中污染钢液，因此优选的是，上述步骤d中，所述保护浇注采用狭缝式氩气保护装置，并在保护装置的中注管上添加石棉保护套，所述狭缝式氩气保护装置连接压力表，控制浇注过程中氩气压力为0.30-0.50MPa。
上述步骤d中，所述用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的氧含量＜20ppm，氧化系夹杂物＜15个/mm2。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明，但并不因此将本发明保护范围限定在实施例之中。
实施例
本实施例提供了三组采用本发明冶炼方法冶炼的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材，如实例1、2和3，具体冶炼过程包括如下步骤：
a.电炉炼钢取废钢、铁合金、结构件、增碳剂和生铁进行配料；将炉底垫石灰后装料，送电熔化；炉料全熔控制温度，单管低压深吹氧，充分搅拌后，取样分析成分，控制[C]、[S]含量，得到钢水，具体工艺参数如表1所示。
表1电炉炼钢工艺参数
| 实例 | 吹氧温度/℃ | [C]含量/％ | [S]含量/％ |
| 1 | 1608 | 0.05 | 0.04 |
| 2 | 1607 | 0.05 | 0.06 |
| 3 | 1610 | 0.06 | 0.05 |
b.LF炉精炼：加入直径为9-10mm的Al线；取样分析，按照电极棒母材化学成分要求调整化学成分如表2所示，微调合金成分，送电升温；加入Si-Ca合金粒，控制LF炉冶炼终点炉渣组成成分如表3所示；控制钢水中[Al]含量，控制温度，吊包，具体工艺参数如表4所示。
表2电极棒母材化学成分/％
| 实例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V |
| 1 | 0.40 | 1.00 | 0.35 | 0.010 | 0.003 | 5.14 | 1.40 | 0.98 |
| 2 | 0.42 | 1.03 | 0.35 | 0.008 | 0.003 | 5.13 | 1.36 | 0.96 |
| 3 | 0.39 | 0.98 | 0.40 | 0.013 | 0.003 | 5.14 | 1.40 | 0.97 |
表3 LF冶炼终点炉渣组成成分/％
| 实例 | CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | MgO |
| 1 | 52.5 | 22.5 | 11.5 | 6.58 |
| 2 | 53.7 | 20.6 | 10.6 | 7.72 |
| 3 | 45.7 | 20.4 | 11.5 | 7.98 |
表4 LF炉精炼工艺参数
| 实例 | Al线/m/炉 | Si-Ca合金粒/kg/炉 | 吊包温度/℃ | 钢液中[Al]含量/％ |
| 1 | 110 | 30 | 1670 | 0.03 |
| 2 | 100 | 20 | 1660 | 0.04 |
| 3 | 100 | 20 | 1670 | 0.04 |
c.VD真空脱气：控制氩气总软吹时间，控制真空度≤67P时的氩气流量和保持时间；控制真空度≤1000Pa时的氩气流量和保持时间；控制破空前1-2min的氩气流量，破空后吊包，具体工艺参数如表5所示。
表5 VD真空脱气工艺参数
g.浇注：在电极棒专用模具内进行保护浇注，采用狭缝式水口氩气保护浇注，在中注管上添加一次性石棉保护套，狭缝式氩气保护装置连接压力表；浇注过程中控制氩气压力实例1为0.35MPa，实例2为0.40MPa，实例3为0.39MPa，浇注完成后自然冷却，得到用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材，对电极棒母材取样，测试其氧含量，将其制成金相样品利用ASPEX分析其氧化系夹杂物含量，测试结果如表6所示。
表6测试结果
| 实例 | 氧含量/ppm | 氧化系夹杂物/个/mm<sup>2</sup> |
| 1 | 15 | 14.49 |
| 2 | 10 | 8.58 |
| 3 | 10 | 11.74 |
对比例
本发明提供了两组采用常规冶炼方法冶炼的电极棒母材，如对比例1和2，具体冶炼过程包括如下步骤：
(1)采用电炉冶炼，炉底垫石灰，将废钢，铁合金、低磷、低硫生铁、结构件等加入炉中，送电熔化。熔化后，测温，对比例1温度为1610℃，对比例2温度为1609℃，单管低压深吹氧；充分搅拌后，生成低碳和低硫含量的钢水。
(2)采用LF炉精炼，喂Al线，对比例1加入量为120m/炉，对比例2加入量为125m/炉；取样全分析并且按照成分热作模具钢的化学成分要求调整化学成分如表7所示，调加合金，送电升温；喂Si-Ca合金粒，对比例1和2加入量均为30kg/炉，进行终脱氧，控制LF冶炼终点炉渣组成成分如表8所示；控制钢液终点Al含量质量百分比，对比例1为0.06％，对比例2为0.07％；测温，对比例1温度在1680℃时进行吊包，对比例2温度在1669℃时进行吊包。
表7化学成分/％
| 对比例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V |
| 1 | 0.42 | 1.14 | 0.48 | 0.012 | 0.003 | 5.49 | 1.73 | 1.01 |
| 2 | 0.41 | 0.97 | 0.36 | 0.018 | 0.005 | 4.96 | 1.68 | 1.09 |
表8 LF冶炼终点炉渣组成成分/％
| 对比例 | CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | MgO |
| 1 | 51.42 | 31.06 | 7.16 | 10.36 |
| 2 | 47.54 | 29.48 | 10.63 | 12.35 |
(3)在VD环节，通过氩气软吹使得夹杂物上浮去除，对比例1氩气软吹时间15分钟，氩气流量为160L/min；对比例2氩气软吹时间11分钟，氩气流量为170L/min。
(4)进行浇注，浇注至电极棒专用模具内，自然冷却后得到电极棒母材；将对比例1和2得到的电极棒母材取样，测试其氧含量，将其制成金相样品利用ASPEX分析其氧化系夹杂物含量，测试结果如表9所示。
表9测试结果
| 对比例 | 氧含量/ppm | 氧化系夹杂物/个/mm<sup>2</sup> |
| 1 | 30 | 47.76 |
| 2 | 27 | 40.36 |
通过实例1、2和3与对比例1和2的结果可知，本发明通过提供合适的LF精炼渣系组成，增加VD氩气软吹时间，采用保护浇注等手段，获得了一种低氧含量、高洁净度的用于保护气氛电渣重熔用H13钢电极棒母材，稳定控制氧含量小于20ppm。
Claims (10)
1.用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.电炉炼钢：取废钢、铁合金、结构件、增碳剂和生铁进行配料；将炉底垫石灰后装料，送电熔化；炉料全熔后吹氧，控制[C]含量为0.05-0.07％，[S]含量为0.04-0.07％，得到钢水；
b.LF炉精炼：加入直径为9-10mm的Al线100-110m/t炉；按照电极棒母材化学成分质量百分比：C 0.37-0.43％，Si 0.90-1.20％，Mn 0.30-0.50％，P≤0.020％，S≤0.005％，Cr4.95-5.50％，Mo 1.20-1.75％，V 0.90-1.1％，余量为Fe及不可避免杂质，微调合金成分，送电升温；加入Si-Ca合金粒20-30kg/炉，控制LF炉冶炼终点炉渣组成成分按质量百分比为：CaO 45-55％，Al2O3 20-22.5％，SiO2 8-12％，MgO 6-9％；控制钢水中[Al]含量为0.02-0.04％，吊包；
c.VD真空脱气：氩气软吹总时间为25-40min；先控制真空度≤67Pa，氩气流量为180-200L/min，保持10-20min；再控制真空度≤1000Pa，氩气流量为130-170L/min，保持15-20min；破空前1-2min，控制氩气流量为20-50L/min，破空后吊包；
d.浇注：在电极棒专用模具内进行保护浇注，浇注完成后自然冷却，得到用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材。
2.根据权利要求1所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤d中，所述保护浇注采用狭缝式氩气保护装置，并在保护装置的中注管上添加石棉保护套。
3.根据权利要求2所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：所述狭缝式氩气保护装置连接压力表，控制浇注过程中氩气压力为0.30-0.50MPa。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤a中，所述生铁中磷含量质量百分比≤0.10％，硫含量质量百分比≤0.10％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤a中，吹氧采用单管低压深吹氧的方式，并充分搅拌钢水。
6.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤a中，吹氧时炉料温度＞1600℃。
7.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤b中，送电升温至温度＞1640℃。
8.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤b中，所述Si-Ca合金粒的中Si含量质量百分比为40％，Ca含量质量百分比为60％。
9.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤c中，吊包温度为1530-1540℃。
10.根据权利要求1-3任一项所述的用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的冶炼方法，其特征在于：上述步骤d中，所述用于保护气氛电渣重熔H13钢的电极棒母材的氧含量＜20ppm，氧化系夹杂物＜15个/mm2。
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