CN115449598B

CN115449598B - 一种无磁钢筋制备方法

Info

Publication number: CN115449598B
Application number: CN202211150096.0A
Authority: CN
Inventors: 吴锦圆; 马正洪; 王哲; 黄沁; 李孟雄; 张小伟
Original assignee: Lianfeng Steel Zhangjiagang Co Ltd
Current assignee: Lianfeng Steel Zhangjiagang Co Ltd
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2024-01-05
Anticipated expiration: 2042-09-21
Also published as: CN115449598A

Abstract

本发明提供了一种无磁钢筋制备方法，包括：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、氮气吹炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、抛丸探伤检验、轧钢；其中通过在冶炼前采用KR预脱硫获取低S铁水；此外在氮气吹炼步骤中，通过向钢水中加入电石、铝酸钙、石灰以及氧化铁皮，以此独特的顶渣工艺，在充分的精炼吹氮时间下，有效地将钢水中的夹杂物变形上浮并吸收入顶渣，最终成品钢筋夹杂物尺寸一般小于20μm。

Description

一种无磁钢筋制备方法

技术领域

本发明属于钢铁生产加工技术领域，具体涉及一种无磁钢筋制备方法。

背景技术

无磁钢作为一种钢铁功能材料，是一种在磁场作用下基本不产生磁感应的低磁钢铁材料，广泛应用于建筑避磁掩体、电力传导网络设备和大型飞机防护掩体等领域。然而当今市面上尚无针对混凝土所用的无磁钢筋产品。其中为保证钢筋产品的无磁要求，需要加入较多的Mn合金，而合金加入量大，会对炼钢温降、连铸浇铸都有着极高的要求，因而制约着无磁钢筋的开发和生产。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种无磁钢筋制备方法，用以解决无磁钢筋的生产加工问题。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种无磁钢筋制备方法，包括：

步骤1，铁水KR预脱硫；

步骤2，转炉冶炼，经KR预脱硫后的铁水送入转炉并加入纯净废钢进行冶炼；

步骤3，氮气吹炼，经冶炼得到的钢水送入吹氩站进行氮气吹炼，其中每50吨钢水加入50Kg电石、75Kg铝酸钙、200Kg石灰以及100Kg氧化铁皮，总吹氮时间≥10min；

步骤4，LF精炼，精炼全程进行脱氧控制，钢中氧含量控制在13ppm以内，精炼中所加合金原料均为低镍、低钛合金；

步骤5，VD真空精炼；

步骤6，连铸，连铸所得钢材成分为：C：0.3~0.5％，Si：0.3~0.8％，Mn：17~19％，Cr：3~4％，Al：3~4％；

步骤7，抛丸探伤检验；

步骤8，轧钢，钢坯经轧制得到钢筋。

进一步地，所述步骤1，铁水KR预脱硫后所得铁水成分为：C：2.45％，Si：0.32％，Mn：0.25％，P：0.015％，S：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，所述步骤2，转炉冶炼中，采用双渣法进行脱磷，将钢中P含量控制在0.008％以下；采用高拉碳出钢，转炉终点碳含量控制在0.11％以上；转炉出钢采用滑板挡渣。

进一步地，所述步骤2，转炉冶炼中，除金属锰外，其他合金原料必须经过300℃高温烘烤，每炉配入的纯净废钢比例≤5％，残余元素中Cu≤0.05％、Ni≤0.05％。

进一步地，所述步骤3，氮气吹炼中，先对钢水以600L/min的强吹，吹氮气3min，之后调至100L/min的弱吹，最后向钢水中加入高碳铬铁以及碳化稻壳，并保持弱吹5min。

进一步地，所述步骤4，LF精炼中，在向钢水内加入合金原料后进行预脱氧，其中按每50吨钢水10~15Kg量加入铝块，采用CaO-Al2O3-SiO2-MgO 渣系；在精炼白渣结束后进行变渣操作，其中将炉渣碱度降低至1.18以下，同时保持精炼软吹时间≥10min。

进一步地，所述步骤5中，在真空期间使用氮气搅拌，真空度度≤50Pa，保持时间≥12min。

进一步地，所述步骤6中，连铸过热度整体在22~25℃、比水量控制在0.22~0.25L/kg、拉速平均在2.0~2.2m/min。

进一步地，所述步骤6中，同时采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，连铸二次冷却采用水流量为2500~2700L/min的强冷。

进一步地，所述步骤8包括：

步骤8.1，红坯经中轧机组轧制后，以6m/s的速度进入第一段冷却水箱进行冷却，第一段冷却水箱中水压1.8MPa，红坯由1150-1100℃冷却至1040-1060℃；

步骤8.2，红坯剪去尾部余坯后，送入精轧机组轧制成钢筋；

步骤8.3，钢筋以5m/s的速度进入第二段冷却水箱进行冷却；

步骤8.4，冷却后的钢筋剪去头尾不合格余坯；

步骤8.5，钢筋以6.5m/s的速度进入冷床，上冷床温度在1000~1030℃，在冷床上以3.5m/s的速度进行翻转平移。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提供了一种无磁钢筋制备方法，通过在冶炼前采用KR预脱硫获取低S铁水；此外在氮气吹炼步骤中，通过向钢水中加入电石、铝酸钙、石灰以及氧化铁皮，以此独特的顶渣工艺，在充分的精炼吹氮时间下，有效地将钢水中的夹杂物变形上浮并吸收入顶渣，最终成品钢筋夹杂物尺寸一般小于20μm。

（2）本发明在转炉冶炼中采用双渣法进行脱磷，以达到超低P的要求。同时采用高拉碳出钢，降低钢水中氧含量。

（3）本发明在连铸步骤中，采用低过热度、弱流二冷水量、低拉速的生产工艺，保证钢坯质量，同时在连铸二次冷却中采用强冷工艺，使得钢坯内小于等于1.05级别的中心C偏析占比达到90％及以上。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

无磁钢筋的成分要求如下表1所示：

表1：无磁钢筋成分

C/%	Si/%	Mn/%	Cr/%	Al/%
					0.3~0.5	0.3~0.8	17~19	3~4	3~4

上述无磁钢筋具体制备方法包括如下步骤：

步骤1，铁水KR预脱硫

对铁水进行预处理，具体采用KR法脱硫技术对来自高炉的铁水进行脱硫处理。用于制备无磁钢的铁水对硫含量的要求非常严苛，要求钢中S≤0.005％。而通常钢材生产制备是在精炼工序进行脱硫处理，但是精炼工序中由于炉渣碱度较低，所以脱硫能力有限，故本发明加入铁水KR预脱硫步骤，以保证成品中硫含量满足技术要求。经本步骤预脱硫处理后，铁水中硫含量可至0.005％以下。

经步骤1处理后的铁水化学成分，按质量计为：C：2.45％，Si：0.32％，Mn：0.25％，P：0.015％，S：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。

步骤2，转炉冶炼

将步骤1得到的铁水和纯净废钢，并按表1所需成分要求加入合金原料进行冶炼，其中：

1）转炉冶炼过程中采用双渣法进行脱磷，要求将钢中P含量控制在0.008％以下；

2）采用高拉碳出钢，转炉终点碳含量要求控制在0.11％以上，以此有效降低钢水中氧含量；

3）转炉出钢采用滑板挡渣，以此解决钢下渣问题，从源头上降低钢水的氧化程度，减少钢中杂质量，提升钢纯净度。

本步骤中，除金属锰外，其他合金原料必须经过300℃高温烘烤。同时每炉配入的纯净废钢比例要求≤5％，残余元素中Cu≤0.05％、Ni≤0.05％。

步骤3，氮气吹炼

经步骤2冶炼得到的钢水，送入吹氩站进行氮气吹炼，其中每50吨钢水加入50Kg电石、75Kg铝酸钙、200Kg石灰以及100Kg氧化铁皮，总吹氮时间≥10min。钢水进吹氩站后先取样检测成分，并按表1要求对钢水成分进行微调；微调成分后，先强吹（600L/min）3min，之后调至弱吹（100L/min）；最后再加入高碳铬铁（以使钢水中Cr含量达到3-4%的要求），并加入碳化稻壳50Kg（按50吨钢水计）后，保持弱吹5min。

步骤4，LF精炼

精炼全程进行脱氧控制，将钢中氧含量控制在13ppm以内。精炼过程所加合金全部为低镍、低钛合金，以此降低钢中Ni、Ti含量，减少钢中不可变形夹杂物含量。在钢水中加入合金原料后，再加入铝块 10~15Kg（按50吨钢水计）进行预脱氧，使炉渣逐件变白，采用CaO-Al2O3-SiO2-MgO 渣系。在精炼白渣结束且钢水成分调整到位（也即钢水成分达到表1要求）后进行变渣操作，其中将炉渣碱度降低至1.18以下，促使钢中夹杂物进行充分地塑性化处理，以此获得低熔点可变形夹杂物，同时在期间保持精炼软吹时间≥10min，通过足够的精炼软吹时间以使得钢中夹杂物充分上浮。本步骤中利用顶渣吸附变性不仅有效减少钢中夹杂物总数量，而且可以获得较为细小的夹杂物，最终成品钢筋夹杂物尺寸一般小于20μm。最后钢水成分调整合适后进入VD真空精炼炉，钢水出站温度≤1620℃。

步骤5，VD真空精炼

对LF精炼后的钢水进行VD真空精炼，要求处理后N含量≥200PPm。具体的，在真空期间使用氮气搅拌，真空度≤50Pa，保持时间≥12min；放散并吹氮10min后，对钢水取样分析，并根据结果微调钢水成分（依据表1要求），期间可向钢水中补加氮化铬，但补加的氮化铬需≤3Kg（按50吨钢水计）；保持吹氮气时间≥10min，最终以渣面微动、钢液被渣覆盖为准。VD真空后在线测氢，氢含量在1.0*10^-6~1.7*10^-6。

步骤6，连铸

对VD真空精炼后的钢水进行连铸，连铸全程采用保护浇铸，开启长水口、浸入式水口氩封护。连铸采用较低过热度、弱流二冷水量、低拉速的生产工艺，具体要求为连铸过热度整体在22~25℃、比水量控制在0.22~0.25L/kg、拉速平均在2.0~2.2m/min，从而以此充分保证连铸坯表面质量。同时采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌技术以保证连铸坯低倍质量，采用M-EMS和F-EMS电磁搅拌相结合的方式进行偏析控制；同时连铸二次冷却采用强冷（冷却水流速2500~2700L/min），以对钢坯枝晶组织进行细化控制，由此改善铸坯中心偏析、中心疏松等低倍组织，控制1.05及以下级别的中心C偏析占比在90%以上。最终出拉矫温度1000~1020℃，以满足良好塑性区的条件要求，从而减少矫直阶段的裂纹产生。最终连铸所得钢材成分如表1所示。

步骤7，抛丸探伤检验

对钢坯的探伤检验结果表明，该钢种原始连铸坯表面质量良好，表面及振痕下无各类裂纹、渣沟、结疤等缺陷。钢坯取样检测结果表明连铸坯仅存在局部、0.3mm以内、晶间的轻微脱碳。为保证钢坯表面无裂纹等缺陷，需进行钢坯抛丸探伤检验。抛丸工序进一步地去除了钢坯表面的修磨毛刺和飞边，避免轧制产生更多显微缺陷；钢坯四面由人工磁粉探伤，确保了钢坯表面无缺陷。

步骤8，轧钢

步骤8.1，红坯经过中轧机组的大压下量轧制后，以6m/s的速度进入第一段冷却水箱进行冷却，以此防止奥氏体晶粒度持续长大。第一段冷却水箱中水压1.8MPa，将1150~1100℃的红坯冷却至1040~1060℃。

步骤8.2，红坯经飞剪剪去尾部余坯后，送入精轧机组进行轧制出成品钢筋。

步骤8.3，经精轧机组轧制后的钢筋，由传输辊道以5m/s的速度进入第二段冷却水箱进行冷却。

步骤8.4，冷却后的钢筋经过飞剪剪去头尾不合格的余坯。

步骤8.5，钢筋经过传送辊道，并由降速装置降速后（从11.5m/s降低至6.5m/s），最终以6.5m/s的速度进入冷床，其中上冷床温度在1000~1030℃。最后以3.5m/s的速度进行翻转平移，以保证在空冷状态下组织转变持续均匀。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变形均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种无磁钢筋制备方法，其特征在于，包括：

步骤1，铁水KR预脱硫；

步骤2，转炉冶炼，经KR预脱硫后的铁水送入转炉并加入纯净废钢进行冶炼；其中采用双渣法进行脱磷，将钢中P含量控制在0.008％以下；采用高拉碳出钢，转炉终点碳含量控制在0.11％以上；转炉出钢采用滑板挡渣；

步骤5，VD真空精炼；

步骤6，连铸，其中同时采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，连铸二次冷却采用水流量为2500～2700L/min的强冷；连铸所得钢材成分为：C：0.3～0.5％，Si：0.3～0.8％，Mn：17～19％，Cr：3～4％，Al：3～4％；

步骤7，抛丸探伤检验；

步骤8，轧钢，钢坯经轧制得到钢筋，具体包括：

步骤8.2，红坯剪去尾部余坯后，送入精轧机组轧制成钢筋；

步骤8.3，钢筋以5m/s的速度进入第二段冷却水箱进行冷却；

步骤8.4，冷却后的钢筋剪去头尾不合格余坯；

步骤8.5，钢筋以6.5m/s的速度进入冷床，上冷床温度在1000～1030℃，在冷床上以3.5m/s的速度进行翻转平移。

2.根据权利要求1所述的无磁钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤1，铁水KR预脱硫后所得铁水成分为：C：2.45％，Si：0.32％，Mn：0.25％，P：0.015％，S：0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的无磁钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤2，转炉冶炼中，除金属锰外，其他合金原料必须经过300℃高温烘烤，每炉配入的纯净废钢比例≤5％，残余元素中Cu≤0.05％、Ni≤0.05％。

4.根据权利要求1所述的无磁钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤3，氮气吹炼中，先对钢水以600L/min的强吹，吹氮气3min，之后调至100L/min的弱吹，最后向钢水中加入高碳铬铁以及碳化稻壳，并保持弱吹5min。

5.根据权利要求1所述的无磁钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤4，LF精炼中，在向钢水内加入合金原料后进行预脱氧，其中按每50吨钢水10～15Kg量加入铝块，采用CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系；在精炼白渣结束后进行变渣操作，其中将炉渣碱度降低至1.18以下，同时保持精炼软吹时间≥10min。

6.根据权利要求1所述的无磁钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤5中，在真空期间使用氮气搅拌，真空度度≤50Pa，保持时间≥12min。

7.根据权利要求1所述的无磁钢筋制备方法，其特征在于：所述步骤6中，连铸过热度整体在22～25℃、比水量控制在0.22～0.25L/kg、拉速平均在2.0～2.2m/min。