CN113502374A - 一种中高碳合金钢的精炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中高碳合金钢的精炼方法，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述碳化硅粉中粒径为2‑5mm的碳化硅粉和粒径为10‑15mm碳化硅粉的质量比为(2‑3):1。本发明提供的技术方案通过对精炼过程中碳化硅粉的设计，采用特定粒径范围内粉料并在特定的比例条件下，实现了成品钢中氧含量的降低，成品钢中氧含量可降低至4ppm以下，B类夹杂降低至0.5级以下，同时避免了VD工序中加入硅钙线对夹杂物进行处理所带来的缺陷。

Description

一种中高碳合金钢的精炼方法
技术领域
本发明涉及炼钢领域，具体涉及一种中高碳合金钢的精炼方法。
背景技术
目前，为了追求高质量的特殊钢，必须将钢中的夹杂物级别控制到最低，获得洁净度高的钢水，钢中氧含量是衡量钢水洁净度的指标之一，所以冶炼特殊钢时各生产厂都会采取措施降低钢中的氧含量，对于一般的镇静钢，大都是选择铝为脱氧剂，主要是通过在精炼过程中加入铝或铝合金进行脱氧和造白渣。
如CN107653358A公开了一种LF精炼炉冶炼过程快速脱氧的方法，有如下步骤：(1)钢水进入LF精炼炉后，一次性配加含铝40％的铝铁，使钢水中铝的成分达到0.04％-0.05％，加入低铝渣球150kg，活性石灰加入量2-2.5kg/T钢；(2)送电化渣，送电过程分3-5次，每次加0.2kg/T钢的钢水脱氧剂，送电5分钟后，顶渣化开停止送电；(3)调节氩气流量，使氩气吹开渣面直径450-500mm，加入低铝渣球1-1.5kg/T钢，钢水脱氧剂0.4kg/T钢，搅拌15-20秒后，若脱氧效果不好，再加入1-1.5kg/T钢的低铝渣球和0.4kg/T钢的钢水脱氧剂，搅拌15-20秒后，至到顶渣断面为黄白色为止，即脱氧完成，及时调节氩气流量至100-150L/min，进行后续操作。实现冶炼钢水快速脱氧，减少冶炼过程夹杂物的产生量，提高钢坯质量，而且提高送电提温过程的热效率，降低电耗和渣料消耗。
CN112029961A公开了一种含氮超级不锈钢铝脱氧方法，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。
然而，若铝脱氧后形成的B类夹杂物处理不当，会造成对钢水的二次污染，导致B类夹杂显著提升，进而影响成品钢的使用质量。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种中高碳合金钢的精炼方法，通过对精炼过程中对加入的碳化硅粉的特定设计，实现了成品钢中氧含量的降低，B类夹杂的降低，同时避免了VD工序中加入硅钙线对夹杂物进行处理所带来的缺陷。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种中高碳合金钢的精炼方法，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为(2-3):1。
本发明提供的技术方案通过对精炼过程中碳化硅粉的设计，采用特定粒径范围内粉料并在特定的比例条件下，实现了成品钢中氧含量的降低，成品钢中氧含量可降低至4ppm以下，B类夹杂降低至0.5级以下，同时避免了VD工序中加入硅钙线对夹杂物进行处理所带来的Ds夹杂物缺陷，这是因为现有技术中冶炼过程会有一定的铝元素在钢水中，而现有技术中若不添加硅钙线，钢水中的铝夹杂物不能有效的上浮，导致成材中钢品质较差，而本发明中通过采用特定的碳化硅粉可以在不加入硅钙线的情况下，实现铝夹杂的有效去除。
本发明中，其他未做说明的控制参数依据现有技术进行操作即可，但精炼过程中只添加了本发明中提及的物料，不添加有其他助剂如氧化铝等助剂，同时VD真空处理中也不添加有现有技术中会添加有的硅钙线。
本发明中，所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为(2-3):1，例如可以是2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1或3:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述渣料包括石灰、镁球和萤石。
本发明中，所述渣料的添加按照现有技术进行添加即可，具体的石灰是为了实现钢水中硫的脱除而添加，镁球是为了增加渣中MgO，减少炉渣对钢包耐材侵蚀而添加，萤石是为了增加炉渣流动性，利于吸附钢水中夹杂物而添加，本发明中不作具体限定。本发明中的渣料中还可以添加有高铝精炼渣，为了调整渣中Al2O3含量，降低炉渣熔点，提高炉渣流动性的。
作为本发明优选的技术方案，所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为72-75％，例如可以是72％、72.1％、72.2％、72.3％、72.4％、72.5％、72.6％、72.7％、72.8％、72.9％、73％、73.1％、73.2％、73.3％、73.4％、73.5％、73.6％、73.7％、73.8％、73.9％、74％、74.1％、74.2％、74.3％、74.4％、74.5％、74.6％、74.7％、74.8％、74.9％或75％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为77-83％，例如可以是77％、77.2％、77.4％、77.6％、77.8％、78％、78.2％、78.4％、78.6％、78.8％、79％、79.2％、79.4％、79.6％、79.8％、80％、80.2％、80.4％、80.6％、80.8％、81％、81.2％、81.4％、81.6％、81.8％、82％、82.2％、82.4％、82.6％、82.8％或83％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
本发明中，通过对不同碳化硅粉中碳化硅的含量进行研究发现，在本发明中提供的范围下，对钢水中脱氧有着进一步的促进作用，并且可以降低钢产品中的夹杂物等级。
作为本发明优选的技术方案，所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1-1.5kg/t钢水，例如可以是1kg/t钢水、1.02kg/t钢水、1.04kg/t钢水、1.06kg/t钢水、1.08kg/t钢水、1.1kg/t钢水、1.12kg/t钢水、1.14kg/t钢水、1.16kg/t钢水、1.18kg/t钢水、1.2kg/t钢水、1.22kg/t钢水、1.24kg/t钢水、1.26kg/t钢水、1.28kg/t钢水、1.3kg/t钢水、1.32kg/t钢水、1.34kg/t钢水、1.36kg/t钢水、1.38kg/t钢水、1.4kg/t钢水、1.42kg/t钢水、1.44kg/t钢水、1.46kg/t钢水、1.48kg/t钢水或1.5kg/t钢水等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.1-0.2kg/t钢水，例如可以是0.1kg/t钢水、0.11kg/t钢水、0.12kg/t钢水、0.13kg/t钢水、0.14kg/t钢水、0.15kg/t钢水、0.16kg/t钢水、0.17kg/t钢水、0.18kg/t钢水、0.19kg/t钢水或0.2kg/t钢水等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述一次精炼的时间≥15min，例如可以是15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、25min、30min、35min或40min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.4-0.75kg/t钢水，例如可以是0.4kg/t钢水、0.42kg/t钢水、0.44kg/t钢水、0.46kg/t钢水、0.48kg/t钢水、0.5kg/t钢水、0.52kg/t钢水、0.54kg/t钢水、0.56kg/t钢水、0.58kg/t钢水、0.6kg/t钢水、0.62kg/t钢水、0.64kg/t钢水、0.66kg/t钢水、0.68kg/t钢水、0.7kg/t钢水、0.72kg/t钢水、0.74kg/t钢水或0.75kg/t钢水等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，所述二次精炼的时间≥10min，例如可以是10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述一次精炼和所述二次精炼的总时间≥43min，例如可以是43min、45min、47min、50min、52min、54min、56min、58min、60min、70min、80min、90min或100min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述二次精炼中白渣的保持时间≥15min，例如可以是15min、17min、18min、20min、22min、24min、26min、28min、30min、35min、40min、45min、50min或60min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述VD真空脱气中的预抽时间为5-8min，例如可以是5min、5.1min、5.2min、5.3min、5.4min、5.5min、5.6min、5.7min、5.8min、5.9min、6min、6.1min、6.2min、6.3min、6.4min、6.5min、6.6min、6.7min、6.8min、6.9min、7min、7.1min、7.2min、7.3min、7.4min、7.5min、7.6min、7.7min、7.8min、7.9min或8min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，所述VD真空脱气中的极限真空度≤67Pa，例如可以是67Pa、65Pa、60Pa、55Pa、50Pa、45Pa、40Pa、35Pa、30Pa、25Pa、20Pa、15Pa、10Pa、8Pa、6Pa、4Pa、2Pa或1Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，所述VD真空脱气中真空保持的时间≥15min，例如可以是15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述渣料包括石灰、镁球和萤石；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为(2-3):1；所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为72-75％；所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为77-83％；所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；
所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1-1.5kg/t钢水；所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.1-0.2kg/t钢水；所述一次精炼的时间≥15min；
所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.4-0.75kg/t钢水；所述二次精炼的时间≥10min；所述一次精炼和所述二次精炼的总时间≥43min；所述二次精炼中白渣的保持时间≥15min；
所述VD真空脱气中的预抽时间为5-8min；所述VD真空脱气中的极限真空度≤67Pa；所述VD真空脱气中真空保持的时间≥15min。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案通过对精炼过程中碳化硅粉的设计，采用特定粒径范围内粉料并在特定的比例条件下，实现了成品钢中氧含量的降低，成品钢中氧含量可降低至4ppm以下，B类夹杂降低至0.5级以下，同时避免了VD工序中加入硅钙线对夹杂物进行处理所带来的Ds夹杂物缺陷。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种中高碳合金钢的精炼方法，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述渣料包括石灰、镁球和萤石；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为2.5:1；所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为73％；所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为80％；
所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1.2kg/t钢水；所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.15kg/t钢水；所述一次精炼的时间为15min；
所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.55kg/t钢水；所述二次精炼的时间为30min；所述一次精炼和所述二次精炼的总时间为45min；所述二次精炼中白渣的保持时间为15min；
所述VD真空脱气中的预抽时间为7min；所述VD真空脱气中的极限真空度为67Pa；所述VD真空脱气中真空保持的时间为15min。
结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
实施例2
本实施例提供一种中高碳合金钢的精炼方法，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述渣料包括石灰、镁球和萤石；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为2:1；所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为72％；所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为83％；
所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1.5kg/t钢水；所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.2kg/t钢水；所述一次精炼的时间为25min；
所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.4kg/t钢水；所述二次精炼的时间为30min；所述一次精炼和所述二次精炼的总时间为55min；所述二次精炼中白渣的保持时间为25min；
所述VD真空脱气中的预抽时间为5min；所述VD真空脱气中的极限真空度为47Pa；所述VD真空脱气中真空保持的时间25min。
结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
实施例3
本实施例提供一种中高碳合金钢的精炼方法，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述渣料包括石灰、镁球和萤石；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为3:1；所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为75％；所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为77％；
所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1kg/t钢水；所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.1kg/t钢水；所述一次精炼的时间为30min；
所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.75kg/t钢水；所述二次精炼的时间为40min；所述一次精炼和所述二次精炼的总时间为70min；所述二次精炼中白渣的保持时间为20min；
所述VD真空脱气中的预抽时间为8min；所述VD真空脱气中的极限真空度为20Pa；所述VD真空脱气中真空保持的时间为20min。
结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例1
与实施例1的区别仅在于将粒径为2-5mm的碳化硅粉替换为等量的10-15mm碳化硅粉，结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例2
与实施例1的区别仅在于将粒径为10-15mm碳化硅替换为等量的粉2-5mm的碳化硅粉，结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例3
与实施例1的区别仅在于将粒径为2-5mm的碳化硅粉中碳化硅的含量替换为80％，结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例4
与实施例1的区别仅在于将粒径为10-15mm的碳化硅粉中碳化硅的含量替换为73％，结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例5
与实施例1的区别仅在于所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为1:1，结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例6
与实施例1的区别仅在于所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为5:1，结束后经浇注和连铸后，所得钢材的性能详见表1。
对比例7
与对比例5的区别仅在于在VD过程中加入硅钙线同时精炼过程中依据现有技术加入一定量的铝锭，所得钢材的性能详见表1。从结果可知，改变配比后加入加入一定量的硅钙线即可近似达到本发明提供的钢材的性能。即若不采用本发明的方案或VD阶段加入硅钙线方能达到本发明的效果。
上述对比例中所得的成材可以作为普通钢材进行售卖，不会造成浪费。
表1
Figure BDA0003160331310000101
Figure BDA0003160331310000111
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的技术方案通过对精炼过程中碳化硅粉的设计，采用特定粒径范围内粉料并在特定的比例条件下，实现了成品钢中氧含量的降低，成品钢中氧含量可降低至4ppm以下，B类夹杂降低至0.5级以下，同时避免了VD工序中加入硅钙线对夹杂物进行处理所带来的缺陷。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种中高碳合金钢的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为(2-3):1。
2.如权利要求1所述的精炼方法，其特征在于，所述渣料包括石灰、镁球和萤石。
3.如权利要求1或2所述的精炼方法，其特征在于，所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为72-75％；
优选地，所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为77-83％。
4.如权利要求1-3任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1-1.5kg/t钢水；
优选地，所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.1-0.2kg/t钢水。
5.如权利要求1-4任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述一次精炼的时间≥15min。
6.如权利要求1-5任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.4-0.75kg/t钢水；
优选地，所述二次精炼的时间≥10min。
7.如权利要求1-6任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述一次精炼和所述二次精炼的总时间≥43min。
8.如权利要求1-7任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述二次精炼中白渣的保持时间≥15min。
9.如权利要求1-8任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述VD真空脱气中的预抽时间为5-8min；
优选地，所述VD真空脱气中的极限真空度≤67Pa；
优选地，所述VD真空脱气中真空保持的时间≥15min。
10.如权利要求1-9任一项所述的精炼方法，其特征在于，所述精炼方法包括：将待精炼的钢水在一次下电极前加入渣料、碳化硅粉和增碳剂，然后开始一次精炼，结束后进行二次下电极，之后再加入碳化硅粉开始二次精炼，然后进行VD真空脱气；
其中，所述碳化硅粉从精炼炉的侧面给入；所述渣料包括石灰、镁球和萤石；所述碳化硅粉中粒径为2-5mm的碳化硅粉和粒径为10-15mm碳化硅粉的质量比为(2-3):1；所述粒径为2-5mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为72-75％；所述粒径为10-15mm的碳化硅粉中以质量百分含量计碳化硅的含量为77-83％；
所述一次精炼中碳化硅粉的添加量为1-1.5kg/t钢水；所述一次精炼中增碳剂的添加量为0.1-0.2kg/t钢水；所述一次精炼的时间≥15min；
所述二次精炼中碳化硅粉的添加量为0.4-0.75kg/t钢水；所述二次精炼的时间≥10min；所述一次精炼和所述二次精炼的总时间≥43min；所述二次精炼中白渣的保持时间≥15min；
所述VD真空脱气中的预抽时间为5-8min；所述VD真空脱气中的极限真空度≤67Pa；所述VD真空脱气中真空保持的时间≥15min。
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