CN117230279A

CN117230279A - 一种rh炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法

Info

Publication number: CN117230279A
Application number: CN202311154232.8A
Authority: CN
Inventors: 贾攀
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2023-09-08
Filing date: 2023-09-08
Publication date: 2023-12-15

Abstract

本发明公开了一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，包括以下流程：转炉—精炼炉—RH炉—软吹作业，其中：（1）RH炉时经真空处理后在料仓中加入硅钙钡合金；硅钙钡合金中钙元素占比11.66%；（2）软吹作业时，软吹时间控制为10min；该方法简单易行，夹杂物上浮去除时间大大增加，去除更多夹杂物，使得夹杂物直径减小，提升非金属夹杂物合格率。

Description

一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法

技术领域

本发明涉及一种处理的方法，具体涉及一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，属于钢铁冶金领域。

背景技术

钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成所需要的各种形状、尺寸和性能的材料，其应用广泛、品种繁多，根据断面形状的不同、钢材一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类，又分为重轨、轻轨、大型型钢、中型型钢、小型型钢、钢材冷弯型钢，优质型钢、线材、中厚钢板、薄钢板、电工用硅钢片、带钢、无缝钢管钢材、焊接钢管、金属制品等品种，钢材的需求越来越大。

由于钢中夹杂物对钢材基体组织连续性的阻碍作用，使得钢材在轧制加工、热处理以及使用过程中与夹杂物发生分离，导致缝隙产生，对钢材力学性能、抗腐蚀性等指标产生消极影响。因此针对钢材中夹杂物的控制，一直是冶金工作者研究的对象。

专利CN104975136B一种重轨钢夹杂物的控制方法，该方法制备的钢中硫含量满足小于或等于0.006％，并且该方法在控制S含量的同时，还控制其他种类的夹杂物，适用于生产高品质钢轨钢，但是其在转炉中加入硅钙钡合金进行脱氧，该专利的缺点使用硅钙钡进行脱氧，加入量大，成本较高。

专利CN107557531B一种钡合金处理的非调质钢硫化物夹杂控制方法，通过加入钡合金对尚未加硫的钢进行氧化物夹杂物变性处理，在提高含硫非调质钢洁净度的同时，细化和均匀化残余Al2O3夹杂，并以此作为形成硫化物夹杂的形成核心，但是其在LF精炼时加入合金，LF精炼时温度升高，导致钢中所含的钙元素被气化，仅存残量，不利于去除杂质。

因此，研发一种能克服上述缺陷的夹杂物处理方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，该方法简单易行，夹杂物上浮去除时间大大增加，去除更多夹杂物，使得夹杂物直径减小，提升非金属夹杂物合格率。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，包括以下流程：转炉—精炼炉—RH炉—软吹作业，其中：

(1)RH炉时经真空处理后在料仓中加入硅钙钡合金；

所述硅钙钡合金中钙元素占比11.66％；

(2)软吹作业时，软吹时间控制为10min。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法中，硅钙钡合金按质量百分比计包括以下组分：

钡：14.1％，钙：11.66％，硅：57.5％，杂质3％-5％，余量为氧，以上各组分之和为100％。

前述RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法中，RH炉真空处理时控制真空度为100Pa。

本发明的有益效果是：

本发明取消了喂线钙线通过硅钙钡合金直接加入钢水使用简单方便，且加入时钢水已经完全脱氧，收得率高，加入量也少，降低成本。

传统处理方式为：采取软吹+喂入纯钙包芯线的办法，使用喂丝机，将钢水中的非金属夹杂物去除，影响钙处理效果的因素为喂线速度、包芯线种类等，因此要想达到高吸收率，需对喂丝速度予以控制，一般喂丝时间和速度为4min和1.5-3.0m/min，经过相应操作后，钢水中的钙元素物质达到沸点，出现钢水二次氧化，生成夹杂物，且尺寸较大，传统模式下生产压力容器用钢需经过转炉、精炼炉、RH炉、钙处理和软吹作业后，完成铸钢生产任务，在此流程中，钢水吊运效果将受到厂房布局影响，且因软吹RH炉的时间较短，容易带来夹杂物性质和控制不稳定的问题，利用传统钙处理办法夹杂物在2.5级以下的合格率仅为85.0％，无法满足处理需要；

本发明对RH精炼和软吹时间进行改进，采取添加硅钙钡办法，逐渐向钢水中倒入处理物质，经真空处理后在料仓中加入硅钙钡合金，并延长软吹时间由原本6min延长至10min、取消喂线工艺，消除夹杂物。

在RH炉中加入钙元素是当其溶于钢水时，能够与固态氧化铝发生化学反应，生成铝酸钙，并通过逐步添加钙元素，夹杂物质量增加，因富集导致液相线温度降低，使得夹杂物以液体状态存在于钢液上方。在RH炉中含有硫元素，钙处理过程中会产生硫化钙，并且当钙含量逐渐提高时，硫化钙的熔点随之升高，不断析出，最终促使硫元素的中心偏析降低。经钙处理的铝脱氧钢中的氧化铝和氧化钙相互作用，使得夹杂物的性状发生变化，呈现出液态钙铝酸盐特性，在碰撞的条件下，变形速度大幅提高，短短几分钟即可实现变性，面对以上化学反应特征，本发明在RH炉生产活动中添加硅钙钡合金将延长软吹时间，保证夹杂物可被大比例去除。

RH炉的原材料钢中加入铝脱氧成分，会在此种精炼炉使用中产生多种高熔点不变形夹杂物，为处理夹杂物，本发明首先分析传统RH炉生产活动对夹杂物的变形处理的处理办法，对比说明改进后夹杂物的变形处理流程，并从[Ca]、[Ti]含量、探伤情况、夹杂物数量与尺寸、夹杂物类型与成分、性能影响几个角度分析添加硅钙钡对夹杂物变形处理的具体应用及效果。经处理，夹杂物上浮去除时间大大增加，去除更多夹杂物，使得夹杂物直径减小，提升非金属夹杂物合格率，夹杂物数量从21个/cm²变为，12个/cm²，,最大直径从110μm变为65μm，且2.5级以下的非金属夹杂物合格率从86.74％变为96.20％，说明添加硅钙钡对夹杂物的变形处理具有正向作用。

附图说明

图1为本发明实施例中LF喂线的中包样对硫化锰-氧化铝夹杂物的成分含量分析图；

图2为本发明实施例中LF喂线的热轧板样对硫化锰-氧化铝夹杂物的成分含量分析图；

图3为本发明实施例中RH喂线的中包样对硫化锰-氧化铝夹杂物的成分含量分析图；

图4为本发明实施例中RH喂线的热轧板样对硫化锰-氧化铝夹杂物的成分含量分析图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，包括以下流程：转炉—精炼炉—RH炉(添加硅钙钡合金)—软吹作业，其中：

(1)RH炉时经真空处理后在料仓中加入硅钙钡合金；

硅钙钡合金按质量百分比计包括以下组分：

钡：14.1％，钙：11.66％，硅：57.5％，杂质：3％-5％，余量为氧，余量为杂质，以上各组分之和为100％；

(2)软吹作业时，软吹时间控制为10min。

在本实施例中，杂质为硅钙钡合金常见的杂质如c、p、s、Al等。

在本实施例中，RH炉真空处理时控制真空度为100Pa。

适应本发明的方法后，夹杂物上浮去除时间大大增加，相较于原先的方法，传统的钙处理是RH真空后进行，是软吹之前，本发明RH炉加入硅钡钙是在真空后期加入，真空结束直接软吹，添加硅钙钡也是一种钙处理，只是不是喂钙线，所以取消了钙处理(喂线)部分，增加了软化时间(因为钙处理占用软吹时间)，本发明经真空处理后在料仓中加入硅钙钡合金，并将软吹时间由原本6min延长至10min，夹杂物上浮去除时间大大增加，改造前后的理化指标数据具体见表1；

表1改造前后理化指标/％

硅钙钡合金中钙元素占比11.66％，相较于传统钙处理方法，此种方式能解决了喂钙线过程钢水翻腾喷溅二次氧化问题，钢包精炼渣不易被二次氧化的问题，应对钢水强烈搅拌使得夹杂物上浮的难点，保证非金属夹杂物的处理效果：由于钙本身的熔沸点为850℃、1500℃，密度为1.55g/cm3，属于易挥发金属，且熔沸点低于炼钢温度，采取一般方法向钢中添加钙物质存在一定难度，主要因温度与蒸气压间的关系满足lgp＝4.55-8026/T，当温度上升至1600℃时，该钙的蒸气压为0.18MPa，当接触钢液后将立即变为气体，无法达到夹杂物处理需要。因此，要引入喂线法和喷射冶金法，将处理物质添加至钢液底层，以此保证处理效果，所以原先的钙处理方法复杂且操作不便。

结合目前处理水平来看，将包芯线喂入约160m，将产生0.2-0.3MPa的下部压力，此范围内的数值与纯钙蒸气压基本相符，说明具备收得率高的优势，基于实际钙投入量测算硅钙钡的具体添加量(理论换算：喂入的钙线纯中实际钙含量和硅钙钡中实际钙含量一至即可，即两种物质加入纯钙量要一致)，在发明中，纯钙包芯线钙含量为97.14％、喂线长度为150m、实心线重70.10g/m、理论硅钙钡88kg和实际钙投入量为10kg，将真空度设定为100Pa，在此条件下，改的收得率处于不稳定状态，因此，分别加入60kg、80kg、100kg、120kg、140kg、160kg的硅钙钡合金，按照10次试验炉次进行试验，经过试验，测定试验炉次中钢水[Ca]、[Ti]含量，得到表2所示结果。

表2试验炉次钢水[Ca]、[Ti]含量表

结合上表2有关数据可以看出：通过计算RH喂线前和中包[Ti]的含量差，得到LF喂线炉次钛损处于的[0.001,0.007]％区间范围，平均为0.004％；在RH喂线炉次方面，对应的钛损处于的[0.007,0.010]％区间范围，平均为0.008％。可以看出，RH喂线炉次的钛损普遍大于LF喂线炉次钛损。造成此种现象的原因是：钢水会在RH破空后，因喷溅出现二次氧化问题，因而运用RH处理前喂线(喂钙线有RH处理前喂入，即LF结束喂入，也有RH真空处理后喂入，这里指的是LF结束喂入，即提前喂入)将有助于降低钛损，稳定控制钢水中的[Ti]含量，所以本发明严格在RH炉时进行加入合金，除以上结论外，通过观察表2可以发现，RH喂线相较于LF喂线的钙吸收率有所降低，在真空处理LF喂线炉次过程中，因温度升高，导致钢中所含的钙元素被气化，仅存残量。在到中包的过程，钙含量减少6ppm，且平均损失为4ppm，结合表2计算T.O钢水中的氧含量，从RH到中包的含量差，得到减少8ppm，平均为8.8ppm的结论，说明LF结束喂入钙线，而RH炉结束不喂入钙线，减少了喷溅出现二次氧化问题，即RH炉结束喂入钙线钢水二次氧化严重。

进行探伤情况测试

按照厚度，运用超声波探伤技术对不同类型钢板进行探伤。处理后，不同成品厚度的探伤情况为：当成品厚度低于20mm时，经过传统钙处理得到的合格率为98.8％，经过硅钙钡合金处理得到的合格率为99.8％；当成品厚度处于[20,40]mm的范围时，经过传统钙处理得到的合格率为98.9％，经过硅钙钡合金处理得到的合格率为99.7％；当成品厚度处于[40,60]mm范围时，经过传统钙处理得到的合格率为99.4％，经过硅钙钡合金处理得到的合格率为100％；当成品厚度大于60mm时，经过传统钙处理得到的合格率为98.1％，经过硅钙钡合金处理得到的合格率为99.0％。经过计算，在成品厚度处于[20,40]mm的范围时，经过硅钙钡合金处理的钢板，相较于传统工艺合格率提高1.0％；当成品厚度处于[20,40]mm的范围时，经过硅钙钡合金处理的钢板，相较于传统工艺合格率提高0.8％；当成品厚度处于[40,60]mm范围时，经过硅钙钡合金处理的钢板，相较于传统工艺合格率提高0.6％；当成品厚度大于60mm时，经过硅钙钡合金处理的钢板，相较于传统工艺合格率提高0.9％。因此，在其他工艺不变时，借助硅钙钡合金处理夹杂物，探伤合格率更高，能够有效提高约0.83％的合理率。

夹杂物数量与尺寸

经试验，夹杂物的数量及尺寸信息见表3。

表3试验炉次夹杂物数量和尺寸

通过分析表3可以发现：相较于LF工艺，RH喂线炉次的热轧板和中包钢水夹杂物数量密度更大，且＞20μm夹杂物个数、夹杂物最大尺寸和夹杂物面积率也呈现出相应规律，数值上均大于LF工艺处理后的热轧板和中包钢水相应数值。出现以上现象的原因是：运用LF工艺处理钢水的过程中，需经过弱搅拌和白渣精炼脱硫操作，使得洁净度明显提高，且所含有的氧化铝转变为熔点低的物质。经RH处理后，循环搅拌，夹杂物处于真空环境中，借助熔点低特性，促使夹杂物聚合，最终浮于钢水上，经过RH破空喂线操作，所生成的夹杂物具有尺寸大的特征，无法在有限软吹时间内将夹杂物处理，使得钢水中所遗留的杂质较多，无法满足洁净度要求，即说明RH破空喂线生成尺寸大夹杂物，也说明需要延长软吹时间促进夹杂物处理。

夹杂物类型与成分

对各试验炉次的夹杂物进行分析，其中主要类型包括氧化铝、硫化锰、硫化锰-硫化钙、氧化铝-氧化钙和钛析出物，以上各物质所占的比例见表4。

表4试验炉次各类夹杂物所占比例(％)

通过读表4可以发现：经过RH破空处理后，热轧板的钛析出物和硫化锰-硫化钙的夹杂物比例分别为37.5％、56.4％，而经过LF处理的两类夹杂物比例为70.4％、23.8％，通过作差，得到LF处理后的钛析出物少于RH破空处理的结论，说明RH破空处理能够使得硫化锰变性。

继续对试验炉次的硫化锰-氧化铝夹杂物的成分进行分析见图1所示，得到在LF喂线的中包样中，尺寸在3～10μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为222个；尺寸在11～20μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为8个；尺寸在21～30μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为2个；尺寸在31～50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个；尺寸在＞50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个。数量密度为1.99个/mm²，面积率为42.7μm²/mm²。

在LF喂线的热轧板样中见图2所示，尺寸在3～10μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为222个；尺寸在11～20μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为8个；尺寸在21～30μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为2个；尺寸在31～50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个；尺寸在＞50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个。数量密度为2.07个/mm²，面积率为43.7μm²/mm²。

在RH喂线的中包样中见图3所示，尺寸在3～10μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为235个；尺寸在11～20μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为29个；尺寸在21～30μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个；尺寸在31～50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个；尺寸在＞50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个。数量密度为2.26个/mm²，面积率为33.8μm²/mm²。

在RH喂线的中包样中见图4所示，尺寸在3～10μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为330个；尺寸在11～20μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为10个；尺寸在21～30μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为2个；尺寸在31～50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为1个；尺寸在＞50μm尺寸区间范围内的夹杂物数量为0个。数量密度为4.15个/mm²，面积率为65.1μm²/mm²。

可以看出，在LF喂线中热轧板和中包钢水中的夹杂物主要为氧化钙-氧化铝-硫化钙，组成成分较为集中；在RH喂线中，夹杂物的主要成分为硫化钙-氧化钙-氧化铝。出现以上情况的原因是：由于低氧和超低硫是钢液的基本特性，经过喂线处理，硫化钙和氧化钙大量存在于夹杂物中，且以液态形式作为夹杂物的主要成分。完成LF精炼后，进入到RH处理环节，钙元素因高温气化，因此硫化钙和氧化钙的质量分数降低，使得热轧板和中包钢水中的夹杂物保留成分为硫化钙-氧化钙-氧化铝。

经改进后的夹杂物处理，夹杂物数量从21个/cm²变为12个/cm²，,最大直径从110μm变为65μm，且2.5级以下的非金属夹杂物合格率从86.74％变为96.20％。

RH炉的原材料钢中加入铝脱氧成分，会在此种精炼炉使用中产生多种高熔点不变形夹杂物，为处理夹杂物，本发明首先分析传统RH炉生产活动对夹杂物的变形处理的处理办法，对比说明改进后夹杂物的变形处理流程，并从[Ca]、[Ti]含量、探伤情况、夹杂物数量与尺寸、夹杂物类型与成分、性能影响几个角度分析添加硅钙钡对夹杂物变形处理的具体应用及效果。经处理，夹杂物上浮去除时间大大增加，去除更多夹杂物，使得夹杂物直径减小，提升非金属夹杂物合格率，夹杂物数量从21个/cm²变为12个/cm²，,最大直径从110μm变为65μm，且2.5级以下的非金属夹杂物合格率从86.74％变为96.20％，说明添加硅钙钡对夹杂物的变形处理具有正向作用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，其特征在于，包括以下流程：转炉—精炼炉—RH炉—软吹作业，其中：

（1）RH炉时经真空处理后在料仓中加入硅钙钡合金；

所述硅钙钡合金中钙元素占比11.66%；

（2）软吹作业时，软吹时间控制为10min。

2.根据权利要求1所述的RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，其特征在于：所述硅钙钡合金按质量百分比计包括以下组分：

钡：14.1%，钙：11.66%，硅：57.5%，杂质3%-5%，余量为氧，以上各组分之和为100%。

3.根据权利要求1所述的RH炉生产活动添加硅钙钡对夹杂物的变形处理的方法，其特征在于：RH炉真空处理时控制真空度为100Pa。