CN105803156A - 一种提高镁收得率的氧化物控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高镁收得率的氧化物控制方法，属于炼钢技术领域。本发明方法中，在RH工位向钢包内喂入Ti‑Fe合金包芯线添加合金元素Ti，钢包吊至回转台后，控制钢液中的自由氧含量在10‑18ppm范围内，钢液过热度为20‑30℃，在连铸工位向钢包内喂入Ni‑Mg合金包芯线添加合金元素Mg，并以0.4MPa的压力软搅拌3min。采用本方法，合金元素Mg收得率能够稳定在15‑30％，制得的板坯中的氧化物以Mg‑Ti系列复合氧化物为主，其中尺寸≤2.0μm的氧化物占所有上述氧化物的比例达到83％及以上，尺寸≤2.0μm的氧化物的体积密度达到3.7×105个/mm3及以上。

Description

一种提高镁收得率的氧化物控制方法
技术领域
本发明属于炼钢生产技术领域，具体涉及一种炼钢时添加钛、镁，提高镁收得率的氧化物控制方法。
背景技术
目前，大热输入焊接用钢板在船舶、建筑、压力容器、管线、海洋平台等多个领域得到了广泛应用。据测算，采用大热输入焊接方法，焊接效率甚至可以提高5倍及以上，制造工时大幅减少，成本大幅下降。
氧化物冶金技术是制造大热输入焊接钢板的有效方法，该方法重点要求氧化物保持在一定尺寸以下，利用细小的氧化物诱发晶内针状铁素体形核，间接细化原始奥氏体晶粒尺寸，从而获得较高的焊接热影响区低温韧性。其中，小尺寸且弥散分布的Mg的氧化物粒子能够充分保证氧化物冶金的效果，提高大热输入钢板性能，而冶炼过程中的该类氧化物控制技术处于关键地位。
专利CN 102373371 A，CN 102191356 A，CN 102296147 A均采用在锭模底部添加Ni-Mg合金的方式加入Mg合金，仅适于小批量模铸生产，生产效率低下，不适合工业化大批量连续浇铸。
专利CN 103215507 A提出，在RH工位时顺次加入Ti-Fe线、Al线、Ni-Mg线、Ca线进行脱氧及合金化。一方面，大量连续加入的脱氧合金使控制钢液飞溅成为难题，另一方面，加入时机偏早，Mg合金烧损较多，收得率低，不能有效保证钢板中Mg的含量。
专利CN 103938065 A采用向中间包喂线的方式复合添加Ti、Mg进行合金化。首先，该方法未提及喂线过程是否与浇注过程同时进行，若同时进行，中间包钢水中Ti、Mg合金的均匀性难以保证，氧化物均匀性较差，若非同时进行，则该方法无法通过连续浇铸来大量生产钢板；其次，该方法采用Ti质量百分含量≥95％的合金丝及Mg-Y-Ni合金丝，成本偏高；最后，该方法同时添加两种易氧化元素，要求炼钢设备较复杂，不利于操作及控制钢液飞溅，最终镁的收得率仅为8-15％。
专利CN 103757178 A采用一种提高大热输入性能的炼钢添加剂进行Ti、Mg复合合金化。该方法按照一定配比将原料混合，经真空冶炼炉熔炼并浇注成锭，随后将铸锭粉碎成合金粉末并制成包芯线。该方法操作过程繁琐，成本较高，且未就添加合金的操作过程给予详述。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高镁收得率的氧化物控制方法，适用于现场转炉或电炉初炼、钢包精炼、连铸流程，该方法在炼钢时通过喂线的方式进行Ti、Mg合金化，能够保证合金元素Mg的收得率稳定，且能够在板坯中形成大量细小的Mg-Ti类型复合氧化物，保证氧化物冶金效果。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种提高镁收得率的氧化物控制方法，LF精炼阶段：出钢时钢液中自由氧范围在20-30ppm；RH阶段：净循环时间5-10min，钢液破空后过热度为55-75℃，向钢包中喂入Ti-Fe合金包芯线，随后采用0.4-0.6MPa的压力底吹氩气软搅拌钢液，时间≥5min；连铸阶段：钢包吊至回转台后，钢包中钢液的自由氧范围在10-18ppm；钢液过热度为20-30℃，连铸前向钢包中喂入Ni-Mg合金包芯线，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包中注流。
进一步，所述的提高镁收得率的氧化物控制方法中Ti-Fe合金包芯线喂线速度为4-6m/s，芯粉中Ti合金含量为25％；Ni-Mg合金包芯线喂线速度为7-10m/s，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg合金。
1)LF精炼阶段，经过脱氧控制保证钢液自由氧含量为20-30ppm，保证钢液的自由氧含量在10-18ppm。
2)RH精炼阶段，经过5-10min的净循环，脱去钢液中的N2，H2等气体，并促进大颗粒的夹杂物上浮，净化钢液。
3)RH精炼阶段，控制钢液破空后过热度为55-75℃，保证钢包进入回转台以后、连铸之前钢液温度在20-30℃，同时避免温度过高、电能浪费，Ti的收得率低，后续生产节奏难以调节等问题。
4)RH精炼阶段，喂入Ti-Fe合金包芯线，合金元素Ti能够与钢液中的O、N结合生成细小的TiOx和TiN粒子，达到部分氧化物冶金的效果。此外Ti和O的结合能力小于Mg和O的结合能力，钢液中Ti和氧结合，预先争夺钢水中的部分氧，防止后续喂入Mg合金线时钢液中氧含量过高，为含Mg氧化物的形成提供有利条件，减少合金元素Mg的烧损。
5)RH精炼阶段，以0.4-0.6MPa的压力搅拌5min以上，钢液中大颗粒夹杂物上浮，保证钢水的纯净度，之后加入液面覆盖剂保温钢液。
4)连铸阶段，若钢液在进入连铸工位前氧含量高于18ppm，加入Ni-Mg合金包芯线后，钢液中将生成部分粒径较大氧化物，这部分氧化物若能够上浮，将会造成Mg的收得率过低，这部分氧化物若因不能充分上浮而留在钢液中，势必会影响钢液的清洁度，恶化钢材机械性能。若钢液中的氧含量低于10ppm，则不利于在钢液中生成足够数量的细小Mg-Ti复合氧化物粒子，影响利用大量细小氧化物进行冶金的效果。
5)连铸阶段，钢液过热度在20-30℃之间时，以7-10m/s的速度快速喂线，避免长时间等待易于造成氧化物上浮，钢中Mg易烧损等问题；其次，包芯线粒度保持在0.5-2.0mm，小于0.5mm的合金颗粒烧损率高，大于2.0mm的合金颗粒易形成聚集的、尺寸偏大的氧化物粒子；再次，芯粉中Mg合金含量在2-18％之间，防止高的Mg合金含量比例造成收得率过低与钢液飞溅的问题。Mg元素与O元素的结合能力强，能够在钢液中形成大量细小的Mg-Ti系列复合氧化物。
6)连铸阶段，若在RH工位加入Ni-Mg合金包芯线，钢液过热度偏高，加之受到长时间停留的影响，Mg在钢液中易发生烧损或生成粒度偏大的氧化物，收得率会大幅降低，此外，炼钢时，在RH阶段需添加多种脱氧与合金化元素，钢液发生飞溅的可能性较大。为了提高Mg的收得率和操作的安全性，本发明采用在连铸工位向钢包中喂入Ni-Mg合金包芯线。
7)连铸阶段，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，保证钢水中Mg的均匀性，经上述过程形成的Mg-Ti系列复合氧化物，随着浇注过程的进行顺次流入中间包及结晶器，大量细小的Mg-Ti系列复合氧化物得以保留在固态板坯中。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过在精炼及连铸阶段，精确控制氧含量及钢液过热度，准确把握喂线时机，合理控制喂线过程等手段完成Ti、Mg元素合金化，保证合金元素Mg的收得率稳定在17-21％，提高了合金利用率，降低合金成本，且板坯中尺寸在2.0μm及以下的Mg-Ti系列复合氧化物占所有氧化物的83％及以上，2.0μm及以下的Mg-Ti系列复合氧化物的体积密度达到3.7×105个/mm2，保证氧化物冶金的效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的具体说明。
实施例1
LF精炼工位出钢时，钢液氧含量21ppm。钢液在RH工位真空脱气及合金化后，净循环5min，破空后钢液过热度为72℃，以5m/s的速度喂入Ti-Fe合金包芯线，芯粉中Ti合金含量为25％；以0.6MPa的底吹压力软搅拌6min，钢包吊离RH工位前，液面加入超低碳碳化稻壳保温。进入连铸工位，钢液过热度为28℃，自由氧的含量为10ppm，以7m/s的速度喂入Ni-Mg合金包芯线425m，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包注流，进入连铸工序。
实施例2
LF精炼工位出钢时，钢液氧含量26ppm。钢液在RH工位真空脱气及合金化后，净循环7min，破空后钢液过热度为68℃，以5m/s的速度喂入Ti-Fe合金包芯线，芯粉中Ti合金含量为25％；以0.5MPa的底吹压力软搅拌7min，钢包吊离RH工位前，液面加入超低碳碳化稻壳保温。进入连铸工位，钢液过热度为26℃，自由氧的含量为17ppm，以9m/s的速度喂入Ni-Mg合金包芯线409m，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包注流，进入连铸工序。
实施例3
LF精炼工位出钢时，钢液氧含量29ppm。钢液在RH工位真空脱气及合金化后，净循环8min，破空后钢液过热度为57℃，以5m/s的速度喂入Ti-Fe合金包芯线，芯粉中Ti合金含量为25％；以0.4MPa的底吹压力软搅拌9min，钢包吊离RH工位前，液面加入超低碳碳化稻壳保温。进入连铸工位，钢液过热度为21℃，自由氧的含量为20ppm，以10m/s的速度喂入Ni-Mg合金包芯线412m，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包注流，进入连铸工序。
对比实施例1
LF精炼工位出钢时，钢液氧含量48ppm。钢液在RH工位真空脱气及合金化后，净循环5min，破空后钢液过热度为73℃。以5m/s的速度喂入Ti-Fe合金包芯线，芯粉中Ti合金含量为25％；以0.6MPa的底吹压力软搅拌5min。钢包吊离RH工位前，液面加入超低碳碳化稻壳保温。进入连铸工位，钢液过热度为26℃，自由氧的含量为26ppm，以7m/s的速度喂入Ni-Mg合金包芯线407m，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包注流，进入连铸工序。
对比实施例2
LF精炼工位出钢时，钢液氧含量28ppm。钢液在RH工位真空脱气及合金化后，净循环5min，破空后钢液过热度为50℃。以5m/s的速度喂入Ti-Fe合金包芯线，芯粉中Ti合金含量为25％；以0.5MPa的底吹压力软搅拌8min。钢包吊离RH工位前，液面加入超低碳碳化稻壳保温。进入连铸工位，钢液过热度为15℃，自由氧的含量为15ppm，以9m/s的速度喂入Ni-Mg合金包芯线410m，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg，采用0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包注流，进入连铸工序。
对比实施例3
LF精炼工位出钢时，钢液氧含量29ppm。钢液在RH工位真空脱气及合金化后，净循环4min，破空后钢液过热度为63℃。以3m/s的速度喂入Ti-Fe合金包芯线，芯粉中Ti合金含量为25％；以0.3MPa的底吹压力软搅拌4min。钢包吊离RH工位前，液面加入超低碳碳化稻壳保温。进入连铸工位，钢液过热度为22℃，自由氧的含量为18ppm，以0.5m/s的速度喂入Ni-Mg合金包芯线417m，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg。随后钢包向中间包注流，进入连铸工序。
采用实施例1-3与对比实施例1-3分别的连铸工艺生产成中厚板板坯。
分别在实施例1-3和对比实施例1-3钢板取样，检测化学成分。实验结果如表1所示。实施例1-3合金元素Mg的收得率为17.3-28.5％，平均21.7％，对比实施例1-3合金元素Mg的收得率仅为7.1-10.2％，平均8.4％。
表1实施例1-3与对比实施例1-3钢板的化学成分(wt,％)及Mg的收得率(％)
对于实施例1-3和对比实施例1-3，分别在板坯上取样，进行夹杂物统计分析，分析结果如表2所示。实施例1-3中，尺寸在2.0μm及以下的氧化物比例在83-87％，尺寸在2.0μm及以下的氧化物面密度在3.7×105个/mm3及以上。对比实施例1-3中，尺寸在2.0μm及以下的氧化物比例在65-74％，尺寸在2.0μm及以下的氧化物面密度大于1.9×105个/mm2。
表2实施例1-3与对比实施例1-3板坯中氧化物比例及密度
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种提高镁收得率的氧化物控制方法，其特征在于，LF精炼阶段：出钢时钢液中自由氧范围在20-30ppm；RH阶段：净循环时间5-10min，钢液破空后过热度为55-75℃，向钢包中喂入Ti-Fe合金包芯线，随后采用0.4-0.6MPa的压力底吹氩气软搅拌钢液，时间≥5min；连铸阶段：钢包吊至回转台后，钢包中钢液的自由氧范围在10-18ppm；钢液过热度为20-30℃，连铸前向钢包中喂入Ni-Mg合金包芯线，并以0.4MPa的压力软搅拌3min，随后钢包向中间包中注流。
2.根据权利要求1所述的提高镁收得率的氧化物控制方法，其特征在于，所述的Ti-Fe合金包芯线喂线速度为4-6m/s，芯粉中Ti合金含量为25％；Ni-Mg合金包芯线喂线速度为7-10m/s，包芯线芯粉粒度为0.5-2.0mm，合金芯粉中含有重量比例2-18％的Mg。
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