CN113528751B - 一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法 - Google Patents

一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法 Download PDF

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Abstract

一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法：将用作冲洗钢包的钢水经转炉冶炼后出；进行LF炉精炼；对经精炼后的钢水含硼进行检测；当炉钢水浇注完毕后，则再使钢包投入低硼钢生产，低硼钢经过LF、RH精炼；常规进行后工序。本发明在不更换钢包耐火材料理化指标的前提下，也不改变LF、RH工序的主要操作，促进了生产的稳定；钢水增硼在2ppm左右；经LF+RH真空处理后钢水中硼含量不超过4.5PPm占率不低于98.5%。

Description

一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法
技术领域
本发明涉及一种钢中的冶炼方法，确切地属于一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法。
背景技术
钢中B可溶于Fe,形成间隙式和置换式固熔体，硼元素主要靠降低奥氏体相变核的成核率推迟相变，使钢的s曲线向右平移，提高钢的淬透性，加入10ppm的硼可以成倍提高钢材的淬透性。淬透性作为某些特殊钢的重要特性，其稳定与否对钢件热处理后变形影响很大，如齿轮钢对淬透性带宽的要求非常高，淬透性带愈窄、离散度愈小愈有利于齿轮的加工和提高啮合精度。但B含量对淬透性带宽影响大，应尽可能将硼控制在较低的含量，即以不超过4.5ppm为宜。
目前，在本技术领域，在炼钢的温度范围内，脱氧能力从强到弱金属元素依次为Al>Ti>Si>B>Mn。合金、钢水以及与钢水接触的耐火材料等均含有不同成度的硼及其化合物。虽然转炉出钢时硼含量在1-2ppm左右，但在钢水精炼过程中，在不添加硼铁合金的条件下，钢水脱氧充分时，会发生“增硼”现象。采用铝脱氧的钢，钢水还原性强，在精炼过程中熔渣、钢包的耐火材料与钢水解除后会产生反应，使硼得以还原，从而形成增硼现象，硼增量可达到3-8ppm。
经对各类合金、钢包部位的耐火材料进行化验分析，得出钢包渣线砖的B含量可高达0.36％，是导致增硼的主要原因。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在冶炼低硼钢中硼含量不超过4.5ppm的合格率低，即仅在63.5％以下的不足，提供一种在不更换钢包耐火材料理化指标的前提下，控制经LF-RH真空处理后钢水中硼含量不超过4.5PPm的合格率不低于98.5％的低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法。
实现上述目的的措施：
一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1)将用作冲洗钢包的钢水经转炉冶炼后出钢；
2)进行LF炉精炼，在此期间，脱氧剂为铝质脱氧剂；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣，且渣中∑(FeO+MnO)不超过1.5％；精炼终点钢水中Alt不低于200ppm；处理周期在50～80min；
3)对经精炼后的钢水含硼进行检测：当含硼不超过7PPm时，则进行下一步工序；当含硼超过7PPm时，再次对钢包碱性进行冲洗，即重复步骤1)及2)的操作，直至含硼不超过7PPm为止；
4)当炉钢水浇注完毕后，则再使钢包投入低硼钢生产，低硼钢经过LF、RH精炼，并控制LF炉周期在40～60min，RH精炼周期在30～45min；
5)常规进行后工序。
其在于：所述脱氧剂为铝质脱氧剂：Al在30～99.9wt％。
其在于：所述精炼终点钢水中Alt在200～800ppm。
本发明中主要工艺的作用及机理
本发明步骤2)之所以要求所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣，且渣中∑FeO+MnO不超过1.5％，是由于造还原性碱性渣有利于降低钢水中的氧，通过钢水、钢渣的还原性，使钢包渣线处存在的硼及化合物被还原进入钢水，在浇注过程中被带出，从而降低钢包系统的硼含量。
本发明之所以控制精炼终点钢水中Alt不低于200ppm，处理周期50-80min，是由于对脱氧反应△G0-T计算，比较钢中主要脱氧元素在1600℃时的氧化行为，可以得出，脱氧能力依次为Al>Ti>Si>B>Mn。硼砂(主要成分Na2B4O7)作为高温结合剂添加到钢包耐材，被钢中Al还原或侵蚀熔入炉渣，以B2O3形式存在，主要化学反应如下：
2Al+B2O3＝Al2O3+2B (1)
Figure BDA0003118403370000031
从上述化学反应的热力学数据可知，从理论上讲，在炼钢温度范围内，钢中Al完全可以还原氧化硼。Al含量与氧含量呈反比关系，Alt≥200ppm时，钢水氧活度可稳定在6ppm以内，钢水氧低是造还原性炉渣和还原B2O3的必要条件，同时，对于极低含量的化学反应，反应时间是硼化合物被还原的保障，接触时间越长，硼被还原的反应时间越长，出于实际生产考虑，上限设定为80min。
本发明之所以控制经精炼后的钢水含硼不超过7PPm，是由于对钢包耐材进行检测：熔池砖硼含量0.02％，渣线砖硼含量0.36％，渣线处的硼含量远高于熔池，钢包渣线砖是增硼的主要来源。
在钢中有铝的情况下，凡与钢水有接触的材料中的硼均有被还原的热力学条件，在长时间精炼过程中，钢水流动提供了热力学条件，使得渣线处耐材的硼酸结合剂被还原出来，而此处被还原的耐材硼含量会降低，耐材不剥落时形成了低硼的冶炼环境，周围被炉渣覆盖，阻碍了内部硼酸参与还原反应，这样，在下一炉冶炼时，渣线砖内壁硼酸由于已被还原，钢水增硼量会减少。但如果上一炉的硼含量超过7PPm，说明耐材中的硼含量高，则需对钢包增加冲洗次数。
本发明与现有技术相比，在不更换钢包耐火材料理化指标的前提下，也不改变LF、RH工序的主要操作，促进了生产的稳定；钢水增硼在2ppm左右；经LF+RH真空处理后钢水中硼含量不超过4.5PPm占率不低于98.5％。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
实施例1
本实施例冶炼的是20CrMnTiH钢；
一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1)冲洗钢包的钢水钢种为42CrMo，转炉冶炼正常出钢；
2)进行LF炉精炼，在此期间，采用高铝铁和铝丸脱氧；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣的，且渣中∑(FeO+MnO)在0.81wt％；精炼终点钢水中Alt含量为206ppm；精炼周期为50min；
3)对经精炼后的钢水含硼进行检测：硼含量为6.3ppm；由于含硼未超过7PPm，则无需返回步骤1)及2)进行反复操作，直接进行下一道工序；
4)当炉42CrMo钢水浇注完毕后，钢包投入低硼钢(20CrMnTiH)生产，LF炉周期58min，RH周期43min，结束后硼含量为3.4ppm；其与转炉出钢时B为1.7ppm相比，仅增加了1.7PPm的硼；本发明之前冶炼相同的钢种，经RH真空精炼后的硼含量为7.3ppm；
5)常规进行后工序。
实施例2
本实施例冶炼的是CF53钢；
一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1)冲洗钢包的钢水钢种为SWRCH22A，转炉冶炼正常出钢；
2)进行LF炉精炼，在此期间，采用高铝铁和铝丸脱氧；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣的，且渣中∑(FeO+MnO)在0.73％；精炼终点钢水中Alt含量513ppm；精炼周期为70min；
3)对经精炼后的钢水含硼进行检测：硼含量4.2ppm；由于含硼未超过7PPm，则无需返回步骤1)及2)进行反复操作，直接进行下一道工序；
4)当炉SWRCH22A钢水浇注完毕后，钢包投入低硼钢CF53生产，其在LF炉精炼周期为45min，RH真空精炼周期为41min；结束后硼含量为3.2ppm；其与转炉出钢时B：1.4ppm相比，仅增加了1.8PPm的硼；本发明之前冶炼相同的钢种，经RH真空处理后的硼含量为6.2ppm；
5)常规进行后工序。
实施例3
本实施例冶炼的是20CrMnTiH钢；
一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1)冲洗钢包的钢水钢种为GCr15，转炉冶炼正常出钢；
2)进行LF炉精炼，在此期间，采用高铝铁和铝丸脱氧；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣的，且渣中∑(FeO+MnO)在0.78％；精炼终点钢水中Alt含量312ppm；处理周期55min；
3)对经精炼后的钢水含硼进行检测：硼含量5.7ppm。由于含硼未超过7PPm，则无需返回步骤2)进行反复操作，直接进行下一道工序；
4)当炉GCr15钢水浇注完毕后，钢包投入低硼钢20CrMnTiH的生产，LF炉精炼周期为51min，RH精炼周期为42min，结束后硼含量为4.1ppm；其与转炉出钢时(B：1.9ppm)相比，仅增加了2.2PPm的硼；本发明之前冶炼相同的钢种，经RH真空精炼后的硼含量为5.8ppm；
5)常规进行后工序。
实施例4
本实施例冶炼的是20CrMnTiH钢；
一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1)冲洗钢包的钢水钢种为GCr15，转炉冶炼正常出钢；
2)进行LF炉精炼，在此期间，采用高铝铁和铝丸脱氧；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣的，且渣中∑(FeO+MnO)在0.57％；精炼终点钢水中Alt含量289ppm；精炼周期为64min；
3)对经精炼后的钢水含硼进行检测：硼含量8.3ppm。由于含硼超过7PPm，该炉钢水浇完后，空钢包再次使用铝脱氧钢冲洗，重复步骤1)和2)的操作：①冲洗钢包钢水钢种为GCr15，转炉冶炼正常出钢；②进行LF炉精炼，在此期间，采用高铝铁和铝丸脱氧；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣的，且渣中∑(FeO+MnO)在0.62％；精炼终点钢水中Alt含量为252ppm；处理周期为63min；③对经精炼后的钢水含硼进行检测：硼含量6.3ppm；由于含硼未超过7PPm，进行下一道工序；
4)当炉GCr15钢水浇注完毕后，钢包投入低硼钢20CrMnTiH的生产，LF炉精炼周期为55min，RH精炼周期为38min，结束后硼含量为4.2ppm；其与转炉出钢时B为2.1ppm相比，仅增加了2.1PPm的硼；本发明之前冶炼相同的钢种，经RH真空处理后的硼含量为5.8ppm；
5)常规进行后工序。
实施例5
本实施例冶炼的是20CrMnTiH钢；
一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1)冲洗钢包的钢水钢种为20CrMnTi，转炉冶炼正常出钢；
2)进行LF炉精炼，在此期间，采用高铝铁和铝丸脱氧；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣的，且渣中∑(FeO+MnO)在1.23％；精炼终点钢水中Alt含量423ppm；处理周期78min；
3)对经精炼后的钢水含硼进行检测：硼含量5.6ppm。由于含硼未超过7PPm，则无需返回步骤2)进行反复操作，直接进行下一道工序；
4)当炉20CrMnTi钢水浇注完毕后，钢包投入低硼钢20CrMnTiH的生产，LF炉精炼周期为54min，RH精炼周期为45min，结束后硼含量为4.1ppm；其与转炉出钢时(B：1.9ppm)相比，仅增加了2.2PPm的硼；本发明之前冶炼相同的钢种，经RH真空精炼后的硼含量为6.2ppm；
5)常规进行后工序。
以上实施例仅为最佳例举，并非为本发明技术方案的全部。

Claims (3)

1.一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其步骤：
1）将用作冲洗钢包的钢水经转炉冶炼后出钢；
2）进行LF炉精炼，在此期间，脱氧剂为铝质脱氧剂；所造精炼炉渣为强还原碱性炉渣，且渣中∑（FeO+MnO）不超过1.5%；精炼终点钢水中Alt不低于200ppm；处理周期50～80min；
3）对经精炼后的钢水含硼进行检测：当含硼不超过7PPm时，则进行下一步工序；当含硼超过7PPm时，再次对钢包碱性进行冲洗，即重复步骤1）及2）的操作，直至含硼不超过7PPm为止；
4）当炉钢水浇注完毕后，则再使钢包投入低硼钢生产，低硼钢经过LF、RH精炼，并控制LF炉周期在40～60min，RH精炼周期在30～45min；
5）常规进行后工序。
2.如权利要求1所述的一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其特征在于：所述脱氧剂为铝质脱氧剂：Al的重量百分比含量在30~99.9%。
3.如权利要求1所述的一种低硼钢在精炼过程中抑制增硼的方法，其特征在于：所述LF炉精炼终点钢水中Alt在200~800ppm。
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