CN103882182B - 一种耐热钢熔体净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐热钢熔体净化方法，该方法采用感应炉熔炼耐热钢，采用炉内沉淀脱氧、扩散脱氧和浇注钢包加稀土及结合钢包底部透气塞吹氩气，实现耐热钢熔体净化。本发明采用沉淀脱氧、扩散脱氧和钢包中加稀土及吹氩方式熔炼耐热钢，耐热钢氧含量和夹杂物含量大幅降低，可明显提高耐热钢性能，

Description

一种耐热钢熔体净化方法

技术领域

本发明属于熔体净化技术领域，涉及一种用于电力、建材、冶金、石化裂解等工业设备上的喷火嘴、篦板、篦条、裂解管等一系列耐热易损件制备过程中熔体净化方法。

背景技术

合金材料耐热钢熔炼凝固过程中，存在氮、氢、氧以及夹杂物，尤其耐热钢含镍高，这种现象更严重。存在熔体中的氮、氢、氧随着熔体温度降低，在随后的冷却及凝固过程中溶解度降低，达到饱和状态以气体形式存在；夹杂物来源分内夹杂物和外夹杂物。外夹杂物可以通过控制原材料质量、熔体钢包、流道槽所用耐火材料质量以及使用方法尽可能降低；内夹杂物如FeO、Fe₂O₃、MnO、SiO₂等，以及他们的复合物，这是氧和脱氧元发生化学反应形成的脱氧产物，大部分上浮进入钢渣，尚有小部分来不及上浮排出而残留在钢中。因此耐热钢洁净化工作主要是围绕脱氧和排除以及由此产生的脱氧产物去除。

国内外关于钢铁熔体洁净化发明开展了大量的研究工作，尤其在大型钢铁企业（如包钢、武钢、宝钢等）取得了良好效果。目前，国内外钢铁企业熔体洁净化常采用炉内熔体洁净化结合炉外精炼法，炉外精炼法有真空炉精炼法、AOD炉法、BOD炉法、KF炉法、RH炉法等。这些方法的使用对于脱氧、脱气、去除夹杂物等效果显著，但成本高、工序复杂、投资大。电磁洁净化是近年来在国内外受到普遍关注的除杂新方法，在铝加工行业也已获得了成功应用。电磁净化基于电磁分离原理，主要影响因素是磁场和电流，根据导电率不同的物质在磁场中受到的电磁作用力大小不同，利用金属熔体与非金属熔体(夹杂物)的电导率的差别，实现纯金属和非金属夹杂物的分离，钢铁科技工作者也在开展将电磁净化方法应用到钢铁熔炼中，但由于耐热钢熔体温度高(1550～1650℃)，比铝熔体(650-800℃)高，还面临许多如过滤器温度耐受度、磁场精确控制、熔体温度严格控制等问题，目前难以解决，而且成本也较高。

中国发明专利申请说明书CN102031384A公开了《一种对镁合金熔体进行净化的方法》，该发明专利采用片状或块状泡沫多孔陶瓷过滤镁合金熔体中固体夹渣物，实现净化镁合金，但不能除去溶于熔体中的氧、氩、氮等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种耐热钢熔体净化方法，其是通过对炉渣脱氧和钢包内稀土结合吹氩相结合，实现耐热钢高效洁净化，生产工艺简单。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种耐热钢熔体净化方法，采用感应炉熔炼耐热钢，采用炉内沉淀脱氧、扩散脱氧和浇注钢包加稀土及结合钢包底部透气塞吹氩气，实现耐热钢熔体净化。

进一步，以上至少三次造渣，按钢水质量分数加入1%的Mn-Fe、Si-Fe预脱氧，先加Mn-Fe；加钢水质量分数0.15%的Al终脱氧，在出钢水温度1620℃-1650℃保持5min-10min。

进一步，上述扩散脱氧是将炉渣点破，将脱氧剂均匀地加在渣层上，脱氧剂包括Si-Fe粉、Si-Ca粉，脱氧剂粒度1mm-3mm。

进一步，上述Si-Fe粉加入量为钢水质量分数的0.3%；所述Si-Ca粉的加入量为钢水质量分数的0.2%。

进一步，在钢包脱氧时，浇注钢包烘烤，温度大于800℃，钢水注入前按钢水质量分数加入0.2%-0.3%的钇基稀土，粒度1mm-3mm，注入钢水，钢渣混出；钢包底部透气塞采用陶瓷材料制作，吹氩量为每吨钢水吹150升-250升，吹氩压力为1.0kg/㎡-2.0kg/㎡，吹氩时间为5min-10min。

进一步，耐热钢熔炼时造三次渣，炉底按钢水质量分数加入加1%石灰，加合金材料，送电，见钢水加造渣材料，炉料熔毕后，扒渣，再造渣，分别按钢水质量分数加入0.2%的Mn-Fe和Si-Fe，先加Mn-Fe再加Si-Fe，取炉前样分析，加入回炉料，根据炉前样分析结果，加合金调整成分，按钢水质量分数加入0.5%锰铁，待熔化均匀后，再按钢水质量分数加入0.5%硅铁，熔化均匀后，取炉后样，扒渣，造新渣，炉后样分析结果达到成分要求后，同时将炉渣点破，在炉渣中加0.2%硅-钙粉，保温5min-10min，根据钢水质量分数加0.15%的Al终脱氧。

上述硅-钙粉粒度为1min-3mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用沉淀脱氧、扩散脱氧和钢包中加稀土及吹氩方式熔炼耐热钢，耐热钢氧含量和夹杂物含量大幅降低，可明显提高耐热钢性能，值提高18.5%-30%，使用寿命提高20%。

具体实施方式

本发明的耐热钢熔体净化方法式针对中小企业采用低成本感应炉熔炼耐热钢，采用炉内沉淀脱氧、扩散脱氧和浇注钢包加稀土及结合钢包底部透气塞吹氩气，实现耐热钢熔体净化。该方法至少三次造渣，按钢水质量分数加入1%的Mn-Fe、Si-Fe预脱氧，先加Mn-Fe。加钢水质量分数0.15%的Al终脱氧，在出钢水温度1620℃-1650℃保持5min-10min。将脱氧剂均匀地加在渣层上，脱氧剂包括Si-Fe粉（按钢水质量分数0.3%加入）、Si-Ca粉（按钢水质量分数0.2%加入），脱氧剂粒度1mm-3mm。

在钢包脱氧时，浇注钢包烘烤，温度大于800℃，钢水注入前按钢水质量分数加入0.2%-0.3%的钇基稀土，粒度1mm-3mm，注入钢水，钢渣混出；钢包底部透气塞采用陶瓷材料制作，吹氩量为每吨钢水吹150升-250升，吹氩压力为1.0kg/㎡-2.0kg/㎡，吹氩时间为5min-10min。

耐热钢熔炼时造三次渣，炉底按钢水质量分数加入加1%石灰，加合金材料，送电，见钢水加造渣材料，炉料熔毕后，扒渣，再造渣，分别按钢水质量分数加入0.2%的Mn-Fe和Si-Fe，先加Mn-Fe再加Si-Fe，取炉前样分析，加入回炉料，根据炉前样分析结果，加合金调整成分，按钢水质量分数加入0.5%锰铁，待熔化均匀后，再按钢水质量分数加入0.5%硅铁，熔化均匀后5分钟，取炉后样，扒渣，造新渣，炉后样分析结果达到成分要求后，同时将炉渣点破，在炉渣中加0.2%硅-钙粉（粒度1min-3mm），保温5min-10min，根据钢水质量分数加0.15%的Al终脱氧。

将钢包烘烤，包内温度不低于800℃，包内放钇基稀土，按钢水重量的0.2%-0.3%加入，粒度1min-3mm，炉内钢水倒入钢包中，钢渣混出，钢水出钢温度1620℃-1650℃。

开启氩气冲气装置，吹氩量按钢包钢水量每吨钢水吹150升-250升，吹氩压力为1.0kg/㎡-2.0kg/㎡，吹氩时间为5min-10min。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

用500kg中频感应炉熔炼耐热钢，熔炼炉清理干净，炉底加5kg石灰，加入低碳碳素废钢、废不锈钢、低碳铬铁、镍板等原材料，送电，见钢水加造渣剂，炉料熔毕后扒渣，加入造渣材料，造新渣，加入1kg锰铁，随后加1kg硅铁，取炉前样分析，加入回炉料。根据炉前样分析结果调整合金成分，加2.5kg锰铁，随后加2.5kg硅铁，熔化均匀后5min后取炉后样，扒渣，造新渣，加1kg铝，***炉中至炉膛深度一半深度，同时将炉渣点扒开，加入0.5kg硅-钙粉，粒度1mm-3mm，保持8min。将钢包烘烤，用红外测温仪测温850℃，包底放置1kg钇基稀土，粒度1mm-3mm，炉内钢水倒入钢包中，钢渣混出，开启吹氩装置，吹氩量90升，吹氩8min，压力1.5kg/㎡。氩气吹完后，关闭吹氩装置，静置3min后浇注。经测试耐热钢中氧含量20ppm，夹杂物含量仅0.02%，与不进行净化处理的相比σ₁₀₀₀ ¹⁰⁰⁰由10MPa提高到13MPa，提高了30%。用HP40做乙烯裂解管使用寿命经净化处理后提高了20%。

实施例2

用1000kg中频感应炉熔炼耐热钢ZG₄₀Cr₂₅Ni₂₀，熔炼炉清理干净，炉底加10kg石灰，加入低碳碳素废钢、废不锈钢、低碳铬铁、镍板等原材料，送电，见钢水加造渣剂，炉料熔毕后扒渣，加入造渣材料，造新渣，加入2kg锰铁，随后加2kg硅铁，取炉前样分析，加入回炉料。根据炉前样分析结果调整合金成分，加5kg锰铁，随后加5kg硅铁，熔化均匀5min后取炉后样，扒渣，造新渣，加2kg铝，***炉中至炉膛深度一半深度，同时将炉渣点扒开，加入0.5kg硅-钙粉，粒度1mm-3mm，保持8min。将钢包烘烤，用红外测温仪测温850℃，包底放置1kg钇基稀土，粒度1mm-3mm，炉内钢水倒入钢包中，钢渣混出，开启吹氩装置，吹氩量90升，吹氩8min，压力1.5kg/㎡。氩气吹完后，关闭吹氩装置，静置3min后浇注。经测试ZG₄₀Cr₂₅Ni₂₀耐热钢中氧含量18ppm，夹杂物含量仅0.02%，与不进行净化处理的相比σ₁₀₀₀ ¹⁰⁰⁰由10.5MPa提高到12.5MPa，提高了19%。用ZG₄₀Cr₂₅Ni₂₀耐热钢制备水泥篦冷机篦板经净化处理后使用寿命提高了20%。

实施例3

用1500kg中频感应炉熔炼耐热钢ZG₄₀Cr₂₅Ni₂₀，熔炼炉清理干净，炉底加15kg石灰，加入低碳碳素废钢、废不锈钢、低碳铬铁、镍板等原材料，送电，见钢水加造渣剂，炉料熔毕后扒渣，加入造渣材料，造新渣，加入3kg锰铁，随后加3kg硅铁，取炉前样分析，加入回炉料。根据炉前样分析结果调整合金成分，加7.5kg锰铁，随后加7.5kg硅铁，熔化均匀后5min后取炉后样，扒渣，造新渣，加3kg铝，***炉中至炉膛深度一半深度，同时将炉渣点扒开，加入1.5kg硅-钙粉，粒度1mm-3mm，保持8min。将钢包烘烤，用红外测温仪测温850℃，包底放置3kg钇基稀土，粒度1mm-3mm，炉内钢水倒入钢包中，钢渣混出，开启吹氩装置，吹氩量270升，吹氩8min，压力1.5kg/㎡。氩气吹完后，关闭吹氩装置，静置3min后浇注。经测试ZG₄₀Cr₂₅Ni₂₀耐热钢中氧含量15ppm，夹杂物含量仅0.018%，与不进行净化处理的相比σ₁₀₀₀ ¹⁰⁰⁰由13.5MPa提高到16MPa，提高了18.5%。用ZG₄₀Cr₂₅Ni₂₀耐热钢制作火电厂喷火嘴，经净化处理后使用寿命提高了20%。

本发明炉内脱氧除气采用沉淀脱氧和扩散脱氧相结合的方法实现炉高效脱氧。沉淀脱氧产生的脱氧产物上浮至炉渣中，钢液中的氧向炉渣转移，随着沉淀脱氧的进行，炉渣量增加，金属液与炉渣界面氧浓度增加，建立了钢液和炉渣中氧的平衡，会影响后续脱氧产物的吸收，沉淀脱氧效率低。向炉渣中加入扩散脱氧剂，脱去炉渣中的氧，破坏了钢水中和炉渣中氧的平衡，使钢液中的氧逐渐向炉渣中转移，建立新的平衡，从而有利于脱氧，提高了脱氧效率。炉内完成脱氧，在钢水从炉内倒入钢包的过程中，由于与空气中的氧接触，会产生二次氧化，因此采用钢包中加入稀土进一步脱氧，同时采用吹氩气，迅速将钢包中钢水中夹杂物带到炉渣中，从而获得高的冶金质量。

Claims (3)

1.一种耐热钢熔体净化方法，其特征在于，采用感应炉熔炼耐热钢，采用炉内沉淀脱氧、扩散脱氧和浇注钢包加稀土及结合钢包底部透气塞吹氩气，实现耐热钢熔体净化，在沉淀脱氧时至少三次造渣，按钢水质量分数加入1％的Mn-Fe、Si-Fe预脱氧，先加Mn-Fe；加钢水质量分数0.15％的Al终脱氧，在出钢水温度1620℃-1650℃保持5min-10min；所述扩散脱氧是将炉渣点破，将脱氧剂均匀地加在渣层上，脱氧剂包括Si-Fe粉和/或Si-Ca粉，脱氧剂粒度1mm-3mm；在钢包脱氧时，浇注钢包烘烤，温度大于800℃，钢水注入前按钢水质量分数加入0.2％-0.3％的钇基稀土，粒度1mm-3mm，注入钢水，钢渣混出；钢包底部透气塞采用陶瓷材料制作，吹氩量为每吨钢水吹150升-250升，吹氩压力为1.0kg/㎡-2.0kg/㎡，吹氩时间为5min-10min；所述Si-Fe粉加入量为钢水质量分数的0.3％；所述Si-Ca粉的加入量为钢水质量分数的0.2％。

2.根据权利要求1所述的耐热钢熔体净化方法，其特征在于，耐热钢熔炼时造三次渣，炉底按钢水质量分数加入加1％石灰，加合金材料，送电，见钢水加造渣材料，炉料熔毕后，扒渣，再造渣，分别按钢水质量分数加入0.2％的Mn-Fe和Si-Fe，先加Mn-Fe再加Si-Fe，取炉前样分析，加入回炉料，根据炉前样分析结果，加合金调整成分，按钢水质量分数加入0.5％锰铁，待熔化均匀后，再按钢水质量分数加入0.5％硅铁，熔化均匀后，取炉后样，扒渣，造新渣，炉后样分析结果达到成分要求后，同时将炉渣点破，在炉渣中加0.2％硅-钙粉，保温5min-10min，根据钢水质量分数加0.15％的Al终脱氧。

3.根据权利要求2所述的耐热钢熔体净化方法，其特征在于，所述硅-钙粉粒度为1mm-3mm。