專利名稱：一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法，屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于 需要真空處理、對夾雜物要求較嚴(yán)格的高質(zhì)量彈簧鋼、齒輪鋼、管線鋼等。
背景技術(shù)：
在高品質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)過程中，為了避免鋼中的Al2O3夾雜物的危害和保持 鋼液的可澆性，主要采用的方法是對鋼液進行鈣處理，控制鋼中的非金屬夾雜物組成在較 低熔點區(qū)域12Ca0 · 7A1203附近；在管線鋼生產(chǎn)過程中，鈣處理的目的不僅是變性氧化物類 夾雜物，還要避免鋼液中出現(xiàn)MnS夾雜物，同時避免在凝固過程中由于S的偏析導(dǎo)致出現(xiàn) MnS夾雜物。在鈣處理過程中，現(xiàn)階段各鋼廠主要采用的方法是在澆鑄前一次性地喂入足夠的 硅鈣線，使鋼液中的夾雜物充分轉(zhuǎn)變，此方法最大的缺點是鈣的作用不能得到充分的利用， 由于在澆鑄前一次性喂入硅鈣線太多，變性的非金屬夾雜物沒有足夠的時間上浮，這也是 導(dǎo)致鋼中非金屬夾雜物容易超標(biāo)的主要原因之一。日本國專利申請?zhí)?994-131981 (Ca添加鋼O溶制方法)公開了關(guān)于利用兩段法 鈣處理的方法控制鋼中非金屬夾雜物形態(tài)和減少鋼中非金屬夾雜物數(shù)量的方法，具體方法 為轉(zhuǎn)爐出鋼后采用鋁脫氧，之后進行鋼液升溫及噴粉脫硫，脫硫結(jié)束后進行第一段鈣處 理，第一段鈣處理結(jié)束后進行RH真空處理，RH真空處理結(jié)束后澆鑄，在澆鑄過程中，在中間 包中喂鈣進行鈣處理。第一段鈣處理后進行真空處理，鋼液中非金屬夾雜物的組成和數(shù)量 得到有效控制，第二段鈣處理的目的是使鋼液澆鑄過程中二次氧化產(chǎn)生的Al2O3類非金屬 夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物，但是由于是在中間包中進行鈣處理后就進 行澆鑄，第二段鈣處理產(chǎn)生的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物沒有更多的時間排出鋼液，造成鑄 坯中的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法，解決鈣處理后產(chǎn)生的 鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物沒有更多的時間排出鋼液，造成鑄坯中的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜 物較多的問題。降低合金結(jié)構(gòu)鋼因為非金屬夾雜物超標(biāo)而導(dǎo)致的廢品率。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是控制鑄坯中70 % 90 %的非金屬夾雜物為以CaS為主 要成分的非金屬夾雜物其中CaS占85wt% IOOwt %、CaO、MgO和Al2O3占0 15wt% ； 控制鑄坯中10% 30%的非金屬夾雜物為氧化物類非金屬夾雜物其中CaO占35wt% 65wt%,Al2O3占25wt% 55wt%，Mg0占0 IOwt% ；鑄坯中的非金屬夾雜物都為球形，鑄 坯中非金屬夾雜物的顆粒直徑均控制在0 5微米，且鑄坯中直徑大于3微米的非金屬夾 雜物數(shù)量控制在0 5個/cm2 ；具體操作步驟如下(1)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼液經(jīng)過鋁脫氧后，在LF精煉過程中調(diào)節(jié)爐渣成分，控制鋼液中 的非金屬夾雜物的組成為=Al2O3占75wt% IOOwt%，MgO占0 25wt%，向鋼液喂入硅鈣
3線對鋼液進行第一段鈣處理，向鋼液喂硅鈣線，喂入鋼液中的鈣量為0. 2 0. 4kg/噸鋼；(2)第一段鈣處理結(jié)束后，在鋼包底部吹氬對鋼液進行第一次軟吹，軟吹時間為 5 10分鐘，軟吹氬氣流量控制在40 60Nl/min，軟吹結(jié)束后，鋼液中85% 95%的非 金屬夾雜物為氧化物類非金屬夾雜物=CaO占30wt% 65wt%，Al2O3占25wt% 65wt%， MgO占0 12襯％;鋼液中其余非金屬夾雜物是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物CaS占 85wt % IOOwt %、CaO, MgO 禾口 Al2O3 占 0 15wt % ；(3)對鋼液進行RH真空處理，RH真空處理時間為20分鐘，真空度為1. 0 1. 2hPa, 提升氣體是流量為1550 1700Nl/min的氬氣；(4)向鋼液喂入硅鈣線對鋼液進行第二段鈣處理，向鋼液喂硅鈣線，喂入鋼液中的 鈣量為0. 1 0. 2kg/噸鋼；(5)第二段鈣處理結(jié)束后，在鋼包底部吹氬對鋼液進行第二次軟吹，軟吹時間為 10 15分鐘，軟吹氬氣流量控制在40 60Nl/min，第二次軟吹結(jié)束后進行澆鑄，澆鑄結(jié)束 后鑄坯中70% 90%的非金屬夾雜物是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物其中CaS占 85wt% 100wt%、CaO, MgO禾Π Al2O3占0 15wt% ；鑄坯中10% 30%的非金屬夾雜物 為氧化物類非金屬夾雜物其中CaO占35wt% 65wt%，Al2O3占25wt% 55wt%，Mg0占 0 10wt% ；鑄坯中的非金屬夾雜物都為球形，鑄坯中非金屬夾雜物的顆粒直徑均控制在 0 5微米，且鑄坯中直徑大于3微米的非金屬夾雜物數(shù)量控制在0 5個/cm2 ；LF精煉過程中爐渣的化學(xué)組成為CaO占50wt % 63wt %、Al2O3占25wt % 35wt%,Mg0 占 5wt% 1 Owt%, SiO2 占 3wt% 8wt%，F(xiàn)eO 占 0. 3wt%~ 1.0wt%，余量物 質(zhì)為MnO、CaF2, S、P2O5，余量物質(zhì)不超過爐渣的5wt %。鋼液中的非金屬夾雜物化學(xué)組成的分析方法為提取鋼液試樣做成金相試樣在掃 描電鏡下觀察，隨機統(tǒng)計試樣中的100 200個非金屬夾雜物的組成分布；鑄坯中的非金屬 夾雜物數(shù)量統(tǒng)計方法為提取鑄坯試樣做成金相試樣，在顯微鏡下放大倍數(shù)為500 1000 倍下隨機統(tǒng)計200mm2面積上的夾雜物尺寸分布。本發(fā)明的優(yōu)點在于，第一段鈣處理加快了鋼液中非金屬夾雜物的轉(zhuǎn)變，第二段鈣 處理使夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐訡aS為主要成分的非金屬夾雜物，第二段鈣處理后的軟吹使鋼液中 的非金屬夾雜物有更多的機會排出鋼液。解決鈣處理后產(chǎn)生的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物沒 有更多的時間排出鋼液，造成鑄坯中的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物較多的問題。降低合金結(jié) 構(gòu)鋼因為非金屬夾雜物超標(biāo)而導(dǎo)致的廢品率。本發(fā)明的思路是在LF精煉過程中，控制爐渣的組成，經(jīng)過LF精煉過程中的鋼液 與爐渣之間、鋼液與分金屬夾雜物之間的反應(yīng)，在第一段鈣處理前，鋼液中的非金屬夾雜物 主要是顆粒較小的Al2O3和MgO · Al2O3尖晶石類非金屬夾雜物(當(dāng)量直徑小于10微米)， 由于顆粒較小的Al2O3和MgO-Al2O3尖晶石非金屬夾雜物不容易碰撞、聚合、上浮，第一段鈣 處理的目的是加快鋼液中非金屬夾雜物的轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或者表面為液態(tài)復(fù)合鈣鋁酸鹽的氧 化物類非金屬夾雜物，由于液態(tài)或者表面為液態(tài)的復(fù)合鈣鋁酸鹽的氧化物類非金屬夾雜物 容易碰撞、聚合成較大顆粒的非金屬夾雜物，經(jīng)過第一次軟吹處理、真空處理循環(huán)后，鋼液 中顆粒較大(直徑大于10微米)的復(fù)合鈣鋁酸鹽的氧化物類非金屬夾雜物已經(jīng)排出鋼液； 經(jīng)過第二段鈣處理后，鋼液中的非金屬夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐訡aS為主要成分的非金屬夾雜物， 在第二次軟吹過程中，鋼液中的CaS為主要成分的非金屬夾雜物和殘存的氧化物類非金屬夾雜物(直徑在5-10微米之間)有更多的機會排出鋼液。


附圖1是一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法的鑄坯試樣中觀察到的非金屬夾雜 物形貌。表1為圖1中非金屬夾雜物對應(yīng)的化學(xué)組成。圖1和表1中編號為1 9的非金 屬夾雜物是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物，圖1和表1中編號為10 12的非金屬夾 雜物是氧化物類非金屬夾雜物。
具體實施例方式實施例(4個爐次試驗結(jié)果)210噸氧氣復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐出鋼過程加入鋁鐵(鋁含量40wt% ) 1100kg，石灰 1800kg，螢石 400kg，造渣料(CaO :90wt%, Al2O3 =IOwt %) 500kg 出鋼結(jié)束后 4 個爐次鋼 液[Al]含量分別為0. 035wt%,0. 047wt%,0. 052wt%,0. 042wt%，出鋼結(jié)束后，進行底吹 氬強攪拌鋼液5分鐘，底吹強度為1150Nl/min。LF冶煉過程中，向爐渣表面加入鋁粒200kg，降低爐渣中的FeO含量。4個爐次的 鋼包中爐渣的組成見附表2?；筮M行底吹A(chǔ)r強攪拌脫硫，底吹強度為lOOONl/min，時間為15分鐘。底吹 強攪拌脫硫后，4個爐次的鋼液硫含量控制分別為0. 0006wt%,0. 0006wt%,0. 0008wt%, 0. 0007wt%，4 個爐次的總氧含量為 0. 0008wt%,0. 0009wt%,0. 0011wt%,0. 0009wt%。強攪拌結(jié)束后，對鋼液進行第一段鈣處理，喂硅鈣線量為400m(鈣量為70kg)， 喂線后進行鋼包底吹氬氣軟吹，控制氬氣流量為50Nl/min，軟吹8分鐘后4個爐次的鋼 液的[Ca]含量分別為0. OOlOwt %,0. 0016wt %,0. 0014wt %,0. 0017wt % ； [S]含量分 別為0. 0006wt %,0. 0005wt %,0. 0008wt %,0. 0004wt %，總氧含量分別為 0. 0008wt %、 0. 0012wt%,0. 0011wt%,0. 0009wt%。RH真空處理20分鐘，真空度為1. 16hPa，提升氣體為1600Nl/min的Ar氣，進行第 二段鈣處理，喂硅鈣線量為200m(鈣量為35kg)，喂線后進行鋼包底吹氬氣軟吹，控制軟吹 氬氣流量為 50Nl/min，軟吹 12 分鐘后鋼液的[Ca] 0. 0010wt%,0. 0012wt%,0. 0013wt%, 0. 0011wt%, [S]含量分別為:0. 0005wt%,0. 0005wt%,0. 0007wt%,0. 0004wt%，總氧含 量分別為0. 0008wt%,0. 0010wt%,0. 0011wt%,0. 0009wt%o軟吹結(jié)束后澆鑄，提取鑄坯 試樣進行制樣后在掃描電鏡下觀察，觀察到的非金屬夾雜物的形貌與化學(xué)組成分為兩類 (1) 70% 90%是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物，附圖1和表1中編號為1 9的非金 屬夾雜物是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物；(2) 10% 30%為氧化物類非金屬夾雜物， 附圖1和表1中編號為10 12的非金屬夾雜物是氧化物類非金屬夾雜物。在掃描電鏡下 放大800倍下統(tǒng)計鑄坯試樣中夾雜物的數(shù)量，沒有發(fā)現(xiàn)大于5微米的夾雜物，在200mm2面 積上發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物直徑為3 5微米的個數(shù)分別為9個、3個、0個、4個。采用兩段法鈣處理的方法后，鋼中的非金屬夾雜物得到有效控制，鋼中的非金屬 夾雜物的粒徑小，鑄坯中非金屬夾雜物的顆粒直徑均控制在0 5微米，且鑄坯中直徑大于 3微米的非金屬夾雜物數(shù)量控制在小于5個/cm2。
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表 權(quán)利要求
一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法，其特征在于控制鑄坯中70％～90％的非金屬夾雜物為以CaS為主要成分的非金屬夾雜物其中CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；控制鑄坯中10％～30％的非金屬夾雜物為氧化物類非金屬夾雜物其中CaO占35wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～55wt％，MgO占0～10wt％；鑄坯中的非金屬夾雜物都為球形，鑄坯中非金屬夾雜物的顆粒直徑均控制在0～5微米，且鑄坯中直徑大于3微米的非金屬夾雜物數(shù)量控制在0～5個/cm2；具體操作步驟如下(1)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼液經(jīng)過鋁脫氧后，在LF精煉過程中調(diào)節(jié)爐渣成分，控制鋼液中的非金屬夾雜物的組成為Al2O3占75wt％～100wt％，MgO占0～25wt％，向鋼液喂入硅鈣線對鋼液進行第一段鈣處理，向鋼液喂硅鈣線，喂入鋼液中的鈣量為0.2～0.4kg/噸鋼；(2)第一段鈣處理結(jié)束后，在鋼包底部吹氬對鋼液進行第一次軟吹，軟吹時間為5～10分鐘，軟吹氬氣流量控制在40～60Nl/min，軟吹結(jié)束后，鋼液中85％～95％的非金屬夾雜物為氧化物類非金屬夾雜物CaO占30wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～65wt％，MgO占0～12wt％；鋼液中其余非金屬夾雜物是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；(3)對鋼液進行RH真空處理，RH真空處理時間為20分鐘，真空度為1.0～1.2hPa，提升氣體是流量為1550～1700Nl/min的氬氣；(4)向鋼液喂入硅鈣線對鋼液進行第二段鈣處理，向鋼液喂硅鈣 線，喂入鋼液中的鈣量為0.1～0.2kg/噸鋼；(5)第二段鈣處理結(jié)束后，在鋼包底部吹氬對鋼液進行第二次軟吹，軟吹時間為10～15分鐘，軟吹氬氣流量控制在40～60Nl/min，第二次軟吹結(jié)束后進行澆鑄，澆鑄結(jié)束后鑄坯中70％～90％的非金屬夾雜物是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物其中CaS占85wt％～100wt％、CaO、MgO和Al2O3占0～15wt％；鑄坯中10％～30％的非金屬夾雜物為氧化物類非金屬夾雜物其中CaO占35wt％～65wt％，Al2O3占25wt％～55wt％，MgO占0～10wt％；鑄坯中的非金屬夾雜物都為球形，鑄坯中非金屬夾雜物的顆粒直徑均控制在0～5微米，且鑄坯中直徑大于3微米的非金屬夾雜物數(shù)量控制在0～5個/cm2。
2.如權(quán)利要求1所述的一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法LF精煉過程中爐渣的化學(xué) 組成為CaO 占 50wt % 63wt % ,Al2O3 占 25wt % 35wt %，MgO 占 5wt % IOwt %，SiO2 占 3wt % 8wt %，F(xiàn)eO占0. 3wt % 1. Owt %，余量物質(zhì)為MnO, CaF2、S、P2O5，余量物質(zhì)不超過 爐漁的5wt%。
全文摘要
一種控制鋼中非金屬夾雜物的方法，屬于煉鋼精煉控制領(lǐng)域。通過在精煉過程中采用兩段法鈣處理和軟吹，在LF精煉結(jié)束和RH真空處理結(jié)束分別進行鈣處理和軟吹，控制鑄坯中的非金屬夾雜物組成為兩類70％～90％是以CaS為主要成分的非金屬夾雜物，10％～30％為氧化物類非金屬夾雜物，鑄坯中的非金屬夾雜物都為球形，鑄坯中非金屬夾雜物的顆粒直徑均控制在0～5微米，且鑄坯中直徑大于3微米的非金屬夾雜物數(shù)量控制在0～5個/cm2，解決鈣處理后產(chǎn)生的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物沒有更多的時間排出鋼液，造成鑄坯中的鈣鋁酸鹽類非金屬夾雜物較多的問題。降低合金結(jié)構(gòu)鋼因為非金屬夾雜物超標(biāo)而導(dǎo)致的廢品率。
文檔編號C21C7/00GK101962702SQ20101052350
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者亢小敏, 劉風(fēng)剛, 崔陽, 張永青, 朱國森, 李明, 李海波, 李飛, 楊健 申請人:首鋼總公司;河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司