CN114086052A - 一种低密度不锈钢的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度不锈钢的冶炼方法，其包括以下步骤：（1）将铁水兑入转炉，吹氧脱碳；（2）转炉氧化期加入高碳锰铁、高碳铬铁；（3）转炉还原期使用硅铝复合脱氧使得钢中全氧含量低于70ppm，并控制产生的还原炉渣成分的质量分数为：1≤(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)≤2，5%≤CaF2≤10%，FeO+MnO+Cr2O3≤3%，得到脱碳钢水；（4）使用中频炉熔化铝合金形成熔融铝液，将步骤（2）得到的脱碳钢水与熔融铝液兑入钢包中，得到低密度不锈钢。本发明通过在转炉冶炼过程中控制合理的还原炉渣成分，并根据还原炉渣设计要求使用硅铝复合脱氧，由此保证铝合金化后钢液中铝含量的稳定性，抑制铝与还原炉渣之间的反应。

Description

一种低密度不锈钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及不锈钢冶炼工艺，尤其涉及一种低密度不锈钢的冶炼方法。
背景技术
低密度不锈钢通过添加轻元素铝作为主要的合金成分之一，降低了钢的密度，使钢的密度比常规不锈钢密度轻15%以上，达到6.3～6.6g/cm3，与此同时，还提高了钢的强度至1Gpa。研究表明，使用低密度不锈钢汽车自重可减少10%，燃油消耗可降低6%～8%，因此低密度不锈钢在汽车、船舶和航空航天等领域具有广阔的应用前景。
作为物理冶金和合金设计领域中一个新兴的研究方向，低密度钢的研究充满机遇而又面临挑战。其中，在低密度不锈钢冶炼过程中，铝含量通常需添加到质量分数8%及以上，如何保证低密度不锈钢冶炼过程中添加铝合金后钢液中铝成分的均匀性和稳定性成为冶炼控制的重点和难点所在。目前冶炼过程中铝合金的大量添加存在以下问题需要解决：
1、铝合金的大量添加易导致冶炼过程热量不足。
2、由于低密度不锈钢钢液中铝含量较高，还原炉渣成分不合理易导致铝的持续烧损，进一步影响铝含量的稳定性。
3、由于铝合金密度（2.702克/厘米³）远低于钢的密度（7.75克/厘米³），在大量添加铝合金后，难以快速实现钢液与铝合金的均匀化，合金化初期铝漂浮在钢液表面，易导致取样时铝含量虚高，后续软吹混匀后成品铝含量不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低密度不锈钢的冶炼方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种低密度不锈钢的冶炼方法，其包括以下步骤：
（1）将铁水兑入转炉，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入高碳锰铁、高碳铬铁；
（3）转炉还原期，使用硅铝复合脱氧使得钢中全氧含量低于70ppm，并控制产生的还原炉渣成分的质量分数为：1≤(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)≤2，5%≤CaF2≤10%，FeO+MnO+Cr2O3≤3%，得到脱碳钢水；
（4）使用中频炉熔化铝含量在99%以上的铝锭形成熔融铝液，将步骤（3）得到的所述脱碳钢水与所述熔融铝液兑入钢包中：先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢的化学成分的重量百分比为：C≤2.0%，Si≤2.0%，Mn：18～32%，P≤0.03%，S≤0.002%，Cr：1～10%，Al：8～15%，N≤0.01%，余量为铁及不可避免杂质。
进一步地，所述步骤（4）在将脱碳钢水兑入钢包的同时，将部分步骤（3）产生的还原炉渣倒入钢包中，所述还原炉渣的用量以所述还原炉渣可以覆盖钢包中钢液面为限，避免钢液的二次氧化。
对于步骤（1），吹氧脱碳使得钢液中C含量低于2%。
对于步骤（2），冶炼过程中高碳锰铁、高碳铬铁的用量根据本发明低密度不锈钢的成分设计要求反算得到。
对于步骤（3），还原期使用硅铝复合脱氧，使得钢中全氧含量低于70ppm，减少后续铝合金化过程中过多氧化物的形成；还原炉渣中成分设计不合理，将导致铝含量降低和烧损：如还原炉渣中FeO含量超过3%，将会导致钢液中铝含量开始下降，大量氧化形成氧化铝夹杂物，恶化钢水洁净度和质量。如还原炉渣成分合理，将避免钢液中铝的氧化，减少氧化铝夹杂物的形成，因此，为保证铝合金化后钢液中铝含量的稳定性，抑制铝与还原炉渣之间的反应，应控制还原炉渣成分的质量分数为：1≤(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)≤2，5%≤CaF2≤10%，FeO+MnO+Cr2O3≤3%。
对于步骤（4），通过优先将低密度的铝液兑入钢包，然后再将密度更大的脱碳钢液兑入钢包，下层铝液将上浮与脱碳钢液进行混合，促进了脱碳钢液与铝液的搅动和混匀。
本发明通过在转炉还原期控制合理的还原炉渣成分，并根据还原炉渣设计要求使用硅铝复合脱氧，由此保证铝合金化后钢液中铝含量的稳定性，抑制铝与还原炉渣之间的反应，并改变铝液和钢包的添加顺序，促进了脱碳钢液与铝液的搅动和混匀，各步骤环环相扣，提升了添加铝合金后钢液中铝成分的均匀性和稳定性。
具体实施方式
以下对本发明较佳实施例进行详细说明。
实施例1：
一种低密度不锈钢的冶炼方法，其具体步骤如下：
（1）将65t铁水兑入转炉中，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入25t高碳锰铁、加入5t高碳铬铁；
（3）转炉还原期，加入1.2t高硅硅锰、0.2t硅铁、0.35t铝块复合脱氧，得到脱碳钢水；还原后，还原炉渣中各组元的质量分数为：CaO：50.58%、SiO2：5.33%、MgO：5.96%、Al2O3：25.62%、CaF2：9.68%，MnO：0.59%、Cr2O3：0.43%、FeO：0.32%；其中，(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=1.83；FeO+MnO+Cr2O3=1.34；
（4）使用中频炉熔化13t铝块形成熔融铝液，先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，同时倒入2.8t还原炉渣于钢包中，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢中各元素质量分数为：C：1.3%、Si：1.2%、Mn：20.3%、P：0.015%、S：0.001%、Cr：3.5%、Al：11.6%、N：0.004%。
将步骤（4）得到的钢液运至LF工位，软吹20min后，测得钢液中铝含量为11.56%，与转炉出钢混匀后的铝含量基本相同。
其中，本发明实施例所述高碳锰铁、高碳铬铁、高硅硅锰、硅铁、铝块（铝含量在99%以上）均为市售原料。
实施例2：
一种低密度不锈钢的冶炼方法，其具体步骤如下：
（1）将65t铁水兑入转炉中，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入21.6t高碳锰铁、加入6.5t高碳铬铁；
（3）转炉还原期，加入1.5t高硅硅锰、0.4t硅铁、0.31t铝块复合脱氧，得到脱碳钢水；还原后，还原炉渣中各组元的质量分数为：CaO：52.36%、SiO2：4.95%、MgO：5.42%、Al2O3：26.37%、CaF2：9.06%，MnO：0.45%、Cr2O3：0.41%、FeO：0.25%；其中，(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=1.84；FeO+MnO+Cr2O3=1.11；
（4）使用中频炉熔化12.4t铝块形成熔融铝液，先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，同时倒入3.06t还原炉渣于钢包中，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢中各元素质量分数为：C：1.24%、Si：1.5%、Mn：19.1%、P：0.023%、S：0.002%、Cr：3.72%、Al：11.03%、N：0.0036%。
将步骤（4）得到的钢液运至LF工位，软吹20min后，测得钢液中铝含量为10.88%，与转炉出钢混匀后的铝含量基本相同。
实施例3
一种低密度不锈钢的冶炼方法，其具体步骤如下：
（1）将65t铁水兑入转炉中，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入27t高碳锰铁、加入7.3t高碳铬铁；
（3）转炉还原期，加入1.35t高硅硅锰、0.33t硅铁、0.41t铝块复合脱氧，得到脱碳钢水；还原后，还原炉渣中各组元的质量分数为：CaO：49.65%、SiO2：5.86%、MgO：5.21%、Al2O3：27.32%、CaF2：9.15%，MnO：0.32%、Cr2O3：0.4%、FeO：0.33%；其中，(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=1.65；FeO+MnO+Cr2O3=1.05。
（4）使用中频炉熔化11.3t铝块形成熔融铝液，先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，同时倒入2.56t还原炉渣于钢包中，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢中各元素质量分数为：C：1.35%、Si：1.43%、Mn：22.1%、P：0.019%、S：0.002%、Cr：4.5%、Al：10.6%、N：0.0042%。
将步骤（4）得到的钢液运至LF工位，软吹20min后，测得钢液中铝含量为10.52%，与转炉出钢混匀后的铝含量基本相同。
实施例4
一种低密度不锈钢的冶炼方法，其具体步骤如下：
（1）将65t铁水兑入转炉中，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入23.2t高碳锰铁、加入4.2t高碳铬铁；
（3）转炉还原期，加入1.12t高硅硅锰、0.26t硅铁、0.33t铝块复合脱氧，得到脱碳钢水；还原后，还原炉渣中各组元的质量分数为：CaO：51.23%、SiO2：5.69%、MgO：5.45%、Al2O3：26.32%、CaF2：9.42%，MnO：0.51%、Cr2O3：0.32%、FeO：0.23%；其中，(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=1.77；FeO+MnO+Cr2O3=1.06；
（4）使用中频炉熔化12.6t铝板形成熔融铝液，先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，同时倒入3.15t还原炉渣于钢包中，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢中各元素质量分数为：C：1.25%、Si：1.27%、Mn：19.5%、P：0.025%、S：0.001%、Cr：3.1%、Al：11.1%、N：0.0043%。
将步骤（4）得到的钢液运至LF工位，软吹20min后，测得钢液中铝含量为10.98%。与转炉出钢混匀后的铝含量基本相同。
实施例5
一种低密度不锈钢的冶炼方法，其具体步骤如下：
（1）将铁水兑入转炉中，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入25.3t高碳锰铁、加入5.2t高碳铬铁；
（3）转炉还原期，加入1.24t高硅硅锰、0.32t硅铁、0.39t铝块复合脱氧，得到脱碳钢水；还原后，炉渣中各组元的质量分数为：CaO：52.22%、SiO2：5.79%、MgO：5.09%、Al2O3：26.01%、CaF2：9.25%、MnO：0.54%、Cr2O3：0.38%、FeO：0.27%；
（4）使用中频炉熔化13.2t铝板形成熔融铝液，先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，同时倒入3.15t炉渣于钢包中，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢中各元素质量分数为：C：1.27%、Si：1.41%、Mn：21.4%、P：0.027%、S：0.001%、Cr：3.9%、Al：11.8%、N：0.0041%。
将步骤（4）得到的钢液运至LF工位，软吹20min后，测得钢液中铝含量为11.73%。与转炉出钢混匀后的铝含量基本相同。
实施例6
一种低密度不锈钢的冶炼方法，其具体步骤如下：
（1）将铁水兑入转炉中，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入22.3t高碳锰铁、加入4.1t高碳铬铁；
（3）转炉还原期，加入1.45t高硅硅锰、0.37t硅铁、0.45t铝块复合脱氧，得到脱碳钢水；还原后，炉渣中各组元的质量分数为：CaO：50.59%、SiO2：5.02%、MgO：5.97%、Al2O3：27.52%、CaF2：9.69%、MnO：0.49%、Cr2O3：0.34%、FeO：0.31%；
（4）使用中频炉熔化11.2t铝块形成熔融铝液，先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，同时倒入3.15t炉渣于钢包中，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢中各元素质量分数为：C：1.33%、Si：1.45%、Mn：19.1%、P：0.022%、S：0.001%、Cr：3.0%、Al：10.34%、N：0.0044%；
将步骤（4）得到的钢液运至LF工位，软吹20min后，测得钢液中铝含量为10.27%。与转炉出钢混匀后的铝含量基本相同。
由本发明实施例1-6可见，本发明步骤（1）-（4）的控制方案提升了添加铝合金后钢液中铝成分的均匀性和稳定性，解决了合金化初期取样时铝含量虚高，后续软吹混匀后成品铝含量不足的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种低密度不锈钢的冶炼方法，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）将铁水兑入转炉，吹氧脱碳；
（2）转炉氧化期，加入高碳锰铁、高碳铬铁；
（3）转炉还原期，使用硅铝复合脱氧使得钢中全氧含量低于70ppm，并控制产生的还原炉渣成分的质量分数为：1≤(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)≤2，5%≤CaF2≤10%，FeO+MnO+Cr2O3≤3%，得到脱碳钢水；
（4）使用中频炉熔化铝含量在99%以上的铝锭形成熔融铝液，将步骤（3）得到的所述脱碳钢水与所述熔融铝液兑入钢包中：先向钢包中通入氩气保护，接着将熔融铝液兑入钢包中，而后将步骤（3）得到的脱碳钢水兑入钢包，得到低密度不锈钢；所述低密度不锈钢的化学成分的重量百分比为：C≤2.0%，Si≤2.0%，Mn：18～32%，P≤0.03%，S≤0.002%，Cr：1～10%，Al：8～15%，N≤0.01%，余量为铁及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的低密度不锈钢的冶炼方法，其特征在于：所述步骤（4）在将脱碳钢水兑入钢包的同时，将部分还原炉渣倒入钢包中，所述还原炉渣的用量以所述还原炉渣可以覆盖钢包中钢液面为限。
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