CN105803156B - 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
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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