CN115505684A - 一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，属于钢中夹杂物变性去除技术领域。本发明在真空前往钢水中加入钙，控制溶解于钢中的钙含量，以重量百分数计钙含量为0.0010％～0.0060％；钙加入完毕后，将钢水运输至RH真空炉进行真空精炼；钢水到达RH真空炉后，通过真空度与钢水循环流量的协调控制，分阶段完成对钢中夹杂物的吸附携带去除。针对于现有技术中存在的问题，本发明拟提供一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，在真空前将钙溶于钢液与夹杂物反应，溶解于钢液内部的钙在真空条件下气化析出形成钙气泡，钙气泡进一步与夹杂物反应，能够实现钢中夹杂物数量的减少和尺寸的降低，改善钢材性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢中夹杂物变性去除技术领域，更具体地说，涉及一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺。
背景技术
夹杂物对大多数钢而言是有害的，在炉外精炼中应尽量减少其数量和尺寸。钢水钙处理就是常用的方法之一。钙处理将钢水脱氧产物Al2O3夹杂物转变为低熔点的易于上浮去除的球形铝酸钙盐，减轻连铸水口堵塞。钙处理还可以改变夹杂物类型及形态从而改善钢材性能。但是，为保证钙处理效果，通常需要在钙处理前将钢中S、T、O控制在较小的范围内，然后才能确定较为精确的钙加入量，钙处理后还需进行5～15分钟的底吹氩气弱搅拌。
在LF结束至钢水上台浇注前或RH破空后进行钙处理存在的问题主要有：1)工艺窗口窄，钙加入量难以精确控制，影响钙处理效果：钙含量低了，夹杂物变性不充分；钙含量高了，又会生成高熔点C3A、CaS夹杂物导致夹杂物超标。(2)喂线时钢渣翻腾剧烈造成Al、Ti等元素的二次氧化。(3)由于钙处理是在钢水上台浇注前的最后一道精炼工序进行，生产过程中有时为了保证连浇而无足够的时间进行弱搅拌而使得喂线后的夹杂物未能充分去除而滞留于钢中。因此，急需设计一款钢中夹杂物的变性去除方法，能够对钢中夹杂物进行有效去除，以改善钢材性能。
经检索，有关钢中夹杂物去除的技术已有相关专利公开，如中国专利文献，申请号为：201110120621X，发明创造名称为：一种防止钢炉连铸水口结瘤加钙的新方法，公开了以钢水中的Al2O3作为计算钙加入量的依据，但实际生产中因无法精确获得Al2O3含量并不能精确控制钙加入量。又如中国专利文献，公开号为：CN109022681B，发明创造名称为：一种通过钙铝铁合金处理降低浸入式水口堵塞的方法，通过在RH精炼的后期由料仓加入钙铝铁对钢水进行钙处理，虽然避免了破空后钙处理引起的二次氧化，但由于钙在真空室内与钢水夹杂物反应的时间有限，存在夹杂物变性不充分的风险。再如中国专利文献，公开号为：CN109182639B，发明专利发明创造名称为：一种无钙处理工艺条件下提高420MPa高强汽车大梁钢洁净度的方法，在420MPa高强汽车大梁钢生产时取消了钙处理，虽然避免了上述问题，但钢中夹杂物尤其是硫化物未能有效变性，给产品的服役性能带来潜在风险。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对于现有技术中存在的问题，本发明拟提供一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，在真空前将钙溶于钢液与夹杂物反应，溶解于钢液内部的钙在真空条件下气化析出形成钙气泡，钙气泡进一步与夹杂物反应，能够实现钢中夹杂物数量的减少和尺寸的降低，改善钢材性能。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，包括以下操作步骤：
(1)在真空前往钢水中加入钙，控制溶解于钢中的钙含量，以重量百分数计钙含量为0.0010％～0.0060％；
(2)钙加入完毕后，将钢水运输至RH真空炉进行真空精炼；
(3)钢水到达RH真空炉后，通过真空度与钢水循环流量的协调控制，分阶段完成对钢中夹杂物的吸附携带去除。
作为本发明更进一步的改进，步骤(3)中包括以下步骤：
(31)在第0～6min内，控制RH真空炉的真空度范围为0～1Kpa，且控制钢水的循环流量为201t/min～240t/min，让溶解于钢液内部的钙气化析出，形成钙气泡进一步对钢中夹杂物进行变性处理；
(32)在第7～15min内，控制RH真空炉的真空度范围为1.5Kpa～3Kpa，且控制钢水的循环流量为160t/min～185t/min；
(32)在第16～25min内，控制RH真空炉的真空度范围为3.5Kpa～8Kpa，且控制钢水的循环流量为120t/min～155t/min。
作为本发明更进一步的改进，步骤(32)中采用循环搅拌循环碰撞去除真空前钢水中钙处理生成的钙铝酸盐夹杂物。
作为本发明更进一步的改进，步骤(33)中控制RH真空炉的真空室内液面范围为100mm～300mm。
作为本发明更进一步的改进，步骤(1)中在真空前通过喂线或添加合金的方式往钢水中加入钙。
作为本发明更进一步的改进，步骤(2)中，钙加入完毕后无需进行专门的底吹氩弱搅拌，直接将钢包运输至RH真空炉进行真空精炼。
作为本发明更进一步的改进，还包括步骤(4)，关闭真空泵，钢水吊离RH真空炉，无需镇静，上连铸台直接浇铸。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，在真空前通过喂线或添加合金的方式往钢水中加入钙，控制溶解于钢中的钙含量，能够精确控制钙的加入量，避免影响钙处理效果，钙含量低了，夹杂物变性不充分；钙含量高了，又会生成高熔点C3A、CaS夹杂物导致夹杂物超标，因此，需要控制钙含量为0.0010％～0.0060％。
(2)本发明的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，在真空前通过喂线或添加合金的方式往钢水中加入钙，能够有效避免钢渣翻腾剧烈造成Al、Ti等元素的二次氧化，且后续有足够的时间使得喂线后的夹杂物充分去除，避免夹杂物滞留于钢中。
(3)本发明的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，钙的加入量工艺窗口宽，无需额外弱搅拌，工艺处理时间缩短了8min～16min的弱搅时间，能够有效防止钢水二次氧化，使钢水中钛含量减少0.0040％～0.012％(重量百分数)的损失，能使钢中B类和D类夹杂物控制合格率提高10％～20％，钢板低温韧性和/或扩孔率和/或夹杂物探伤的合格率显著提高。
(4)本发明的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，在真空前将钙溶于钢水中与夹杂物反应，然后将钢水送至RH真空炉进行精炼，溶解于钢水内部的钙在真空条件下气化析出形成钙气泡，钙气泡进一步与夹杂物反应；同时，钙气泡形成的气幕吸附携带小夹杂物得以去除，实现钢中夹杂物数量的减少和尺寸的降低，能够有效改善钢材性能。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，对本发明作详细描述。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，包括以下操作步骤：
(1)在真空前通过喂线或添加合金的方式往钢水中加入钙，控制溶解于钢中的钙含量，以重量百分数计钙含量为0.0010％～0.0060％，能够精确控制钙的加入量，避免影响钙处理效果，钙含量低了，夹杂物变性不充分；钙含量高了，又会生成高熔点C3A、CaS夹杂物导致夹杂物超标，因此，需要控制钙含量为0.0010％～0.0060％。同时，在真空前通过喂线或添加合金的方式往钢水中加入钙，能够有效避免钢渣翻腾剧烈造成Al、Ti等元素的二次氧化，且后续有足够的时间使得喂线后的夹杂物充分去除，避免夹杂物滞留于钢中。
(2)钙加入完毕后无需进行专门的底吹氩弱搅拌，直接将钢水运输至RH真空炉进行真空精炼；本实施例中钙的加入量工艺窗口宽，无需额外弱搅拌，工艺处理时间缩短了8min～16min的弱搅时间，能够有效防止钢水二次氧化，使钢水中钛含量减少0.0040％～0.012％(重量百分数)的损失，能使钢中B类和D类夹杂物控制合格率提高10％～20％，钢板低温韧性和/或扩孔率和/或夹杂物探伤的合格率显著提高。
(3)钢水到达RH真空炉后进行真空精炼，精炼处理时间为15min～40min，通过真空度与钢水循环流量的协调控制，分阶段完成对钢中夹杂物的吸附携带去除，具体地，本实施例中分阶段完成溶解钙的析出、析出钙对夹杂物的变性和钙气泡气幕对夹杂物的吸附携带去除。在真空前将钙溶于钢水中与夹杂物反应，然后将钢水送至RH真空炉进行精炼，溶解于钢水内部的钙在真空条件下气化析出形成钙气泡，钙气泡进一步与夹杂物反应；同时，钙气泡形成的气幕吸附携带小夹杂物得以去除，实现钢中夹杂物数量的减少和尺寸的降低，能够有效改善钢材性能。
其中步骤(3)中包括以下步骤：
(31)在第0～6min内，控制RH真空炉的真空度范围为0～1Kpa，且控制钢水的循环流量为201t/min～240t/min，让溶解于钢液内部的钙气化析出，形成细小均匀弥散的钙气泡，进一步对钢中夹杂物进行变性处理；
(32)在第7～15min内，控制RH真空炉的真空度范围为1.5Kpa～3Kpa，且控制钢水的循环流量为160t/min～185t/min，具体的，本实施例中采用循环搅拌循环碰撞去除真空前钢水中钙处理生成的钙铝酸盐夹杂物。
(33)在第16～25min内，控制RH真空炉的真空度范围为3.5Kpa～8Kpa，且控制钢水的循环流量为120t/min～155t/min，并控制RH真空炉的真空室内液面范围为100mm～300mm，缩短夹杂物的上浮距离，使得悬浮于钢液内部的尺寸为0～20μm的夹杂物进一步在钙气泡气幕的携带作用下快速与钢液分离排出。
(4)关闭真空泵，钢水吊离RH真空炉，无需镇静，上连铸台直接浇铸。
具体地，本实施例中海底管线钢MX65MO生产8炉，真空前(LF精炼结束)用喂线机往钢水喂入350～480米低喷溅实芯纯钙包芯线，[Ca]含量为0.0016％～0.0035％，喂线后立即钢包吊至RH。真空度到达0.26kpa后保持6分钟，期间的循环流量控制在204～220t/min，让溶解于钢液内部的钙气化析出形成的细小均匀弥散的钙气泡进一步对夹杂物变性；第7～15分钟内，真空度控制在2.5kpa±0.5kpa、循环流量控制在165～175t/min；第16～25分钟内，真空度控制在5.0kpa±0.5kpa，循环流量控制在135～150t/min，使得真空室内液面降低至200mm±50mm之间。开抽真空至破空的纯循环处理时间为31～35分钟。破空后直接上连铸台浇铸。生产的8炉钢，RH终点-中包过程的钢液[Ti]含量损失为0％～0.0032％，100％的钢板夹杂物评级为B细为0～0.5、D细为0～0.5，钢板制成管线后管体探伤合格率100％。
实施例2
本实施例的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其基本步骤与实施例1保持一致，其不同之处在于，本实施例中扩孔钢MCP800生产6炉，真空前(LF精炼结束)用喂线机往钢水喂入350～460米低喷溅实芯纯钙包芯线，[Ca]含量为0.0019％～0.0031％，喂线后立即钢包吊至RH。真空度到达0.5kpa后保持6分钟，期间的循环流量控制在210～225t/min，让溶解于钢液内部的钙气化析出形成的细小均匀弥散的钙气泡进一步对夹杂物变性；第7～15分钟内，真空度控制在2.5kpa±0.5kpa、循环流量控制在165～180t/min；第16～25分钟内，真空度控制在5.0kpa±0.5kpa，循环流量控制在125～140t/min，使得真空室内液面降低至180mm±50mm之间。开抽真空至破空的纯循环处理时间为30～33分钟。破空后直接上连铸台浇铸。生产的6炉钢，RH终点-中包过程的钢液[Ti]含量损失为0～0.0041％，98.3％的钢板夹杂物评级为B细为0～0.5、D细为0～1.0，钢板扩孔性能合格率100％。
实施例3
本实施例的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其基本步骤与实施例1保持一致，其不同之处在于，本实施例中机械搅拌用钢M950JJ生产6炉，真空前(LF精炼结束)用喂线机往钢水喂入400～510米低喷溅实芯纯钙包芯线，[Ca]含量为0.0023％～0.0036％，喂线后立即钢包吊至RH。真空度到达0.5kpa后保持8分钟，期间的循环流量控制在208～225t/min；第9～15分钟内，真空度控制在2.5kpa±0.5kpa、循环流量控制在165～180t/min；第16～22分钟内，真空度控制在4.0kpa±0.5kpa，循环流量控制在130～145t/min，使得真空室内液面降低至200mm±50mm之间。开抽真空至破空的纯循环处理时间为28～31分钟。破空后直接上连铸台浇铸。生产的6炉钢，RH终点-中包过程的钢液[Ti]含量损失为0～0.0022％，100％的钢板夹杂物评级为B细为0～0.5、D细为0～1.0，钢板低温冲击韧性合格率100％。
对比例1
本对比例中海底管线钢X65MO生产8炉，真空前(LF精炼结束)不喂线，钢包吊至RH。真空度到达0～1.0kpa后保持23～25分钟，期间的真空度和循环流量不再调整，循环流量为200～240t/min。抽真空至破空的纯循环处理时间为29～37分钟。RH破空后用喂线机往钢水喂入400～650米低喷溅实芯纯钙包芯线，[Ca]含量为0.0023％～0.0042％，喂线后弱搅8～16分钟后，上连铸台镇静10～20分钟开始浇铸。生产的8炉钢，RH终点-中包过程的钢液[Ti]含量损失为0.0082％～0.012％，88.9％的钢板夹杂物评级为B细为0～0.5、D细为0～0.5，钢板制成管后管体探伤合格率为93.7％。在探伤不合的管子上解剖发现存在长达1.7～5.2mm的簇状钙铝酸盐夹杂物。
对比例2
本对比例中扩孔钢MCP800生产4炉，真空前(LF精炼结束)不喂线，钢包吊至RH。真空度到达0～1.0kpa后保持21～25分钟，期间的真空度和循环流量不再调整，循环流量为185～240t/min。抽真空至破空的纯循环处理时间为26～35分钟。RH破空后用喂线机往钢水喂入400～550米低喷溅实芯纯钙包芯线，[Ca]含量为0.0019％～0.0032％，喂线后弱搅8～16分钟后，上连铸台镇静10～20分钟开始浇铸。生产的4炉钢，RH终点-中包过程的钢液[Ti]含量损失为0.0076％～0.010％，83.4％的钢板夹杂物评级为B细为0～0.5、D细为0～1.0，钢板扩孔性能合格率89.7％。在扩孔开裂的零件上取样夹杂物评级为B粗为3.0、解剖发现存在多处长达5mm左右的钙铝酸盐夹杂物。
对比例3
本对比例中机械搅拌用钢M950JJ生产6炉，真空前(LF精炼结束)不喂线，钢包吊至RH。真空度到达0～1.0kpa后保持23～27分钟，期间的真空度和循环流量不再调整，循环流量为185～240t/min。抽真空至破空的纯循环处理时间为29～33分钟。RH破空后用喂线机往钢水喂入350～550米低喷溅实芯纯钙包芯线，[Ca]含量为0.0016％～0.0032％，喂线后弱搅8～16分钟后，上连铸台镇静10～20分钟开始浇铸。生产的6炉钢，RH终点-中包过程的钢液[Ti]含量损失为0.0085％～0.011％，81.9％的钢板夹杂物评级为B细为0～0.5、D细为0～1.0，钢板低温冲击韧性合格率94.6％。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：包括以下操作步骤：
(1)在真空前往钢水中加入钙，控制溶解于钢中的钙含量，以重量百分数计钙含量为0.0010％～0.0060％；
(2)钙加入完毕后，将钢水运输至RH真空炉进行真空精炼；
(3)钢水到达RH真空炉后，通过真空度与钢水循环流量的协调控制，分阶段完成对钢中夹杂物的吸附携带去除。
2.根据权利要求1所述的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：步骤(3)中包括以下步骤：
(31)在第0～6min内，控制RH真空炉的真空度范围为0～1Kpa，且控制钢水的循环流量为201t/min～240t/min，让溶解于钢液内部的钙气化析出，形成钙气泡进一步对钢中夹杂物进行变性处理；
(32)在第7～15min内，控制RH真空炉的真空度范围为1.5Kpa～3Kpa，且控制钢水的循环流量为160t/min～185t/min；
(32)在第16～25min内，控制RH真空炉的真空度范围为3.5Kpa～8Kpa，且控制钢水的循环流量为120t/min～155t/min。
3.根据权利要求2所述的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：步骤(32)中采用循环搅拌循环碰撞去除真空前钢水中钙处理生成的钙铝酸盐夹杂物。
4.根据权利要求2所述的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：步骤(33)中控制RH真空炉的真空室内液面范围为100mm～300mm。
5.根据权利要求1所述的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：步骤(1)中在真空前通过喂线或添加合金的方式往钢水中加入钙。
6.根据权利要求1所述的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：步骤(2)中，钙加入完毕后无需进行专门的底吹氩弱搅拌，直接将钢包运输至RH真空炉进行真空精炼。
7.根据权利要求1-6任一一项所述的一种溶钙析钙气浴法的夹杂物变性去除工艺，其特征在于：还包括步骤(4)，关闭真空泵，钢水吊离RH真空炉，无需镇静，上连铸台直接浇铸。
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