CN107012384B - 一种硅钢用高纯度低碳硅铁及其冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅钢用高纯度低碳硅铁及其冶炼方法，硅铁化学成分为C≤0.015％、Si75～80％、Mn≤0.15％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb≤0.0005％、V≤0.0005％、Ti≤0.0005％。将原料硅石、焦炭、钢屑按照100:55:14的比例混匀后装入电炉中，冶炼2h后将炉内的铁合金水放出，每8h放出铁合金水3～5次；将硅铁水排入铁水包中，并浇注在生铁铸成的锭模中，保证硅铁迅速冷却；铁水排出后取样，根据化验结果调整配料比例，将调整后的配料按50～100kg的量装入电炉中，每次排放出硅铁水后加入合金配料。本发明生产的低碳硅铁化学成分稳定，有害夹杂物的含量小于5ppm，利用这种合金生产的无取向硅钢的纯净度有明显的提高，其Nb、V、Ti有害元素含量均小于5ppm。
Description
技术领域
本发明属于冶炼工艺领域，尤其涉及一种硅钢用高纯度低碳硅铁及其冶炼方法。
背景技术
硅钢中硅元素是关键元素，其含量的多少对电磁性能起决定作用，一般硅钢中硅含量在0.2～3.5％，低碳硅铁中硅含量在75～80％。目前硅钢用低碳硅铁中含有Nb、V、Ti等有害夹杂物，不同批次有害夹杂物的含量波动较大，个别批次合金中Ti含量大于0.5％，Nb、V含量大于0.2％，因此在无取向硅钢冶炼后，Ti元素含量在30PPm左右，个别炉罐无取向硅钢的Nb、V、Ti含量大于40PPm，对无取向硅钢电磁性能影响很大。
Nb、V、Ti在钢中以N、C化合物的状态存在，形成细小的第二相粒子，这些细小颗粒一般在几个nm到200nm，弥散分布在钢中，这些细小的颗粒严重阻碍无取向硅钢热轧板晶粒长大及冷轧板连续退火过程中晶粒的再结晶及长大。通常情况下，无取向硅钢的铁损值与晶粒大小成反比，晶粒越大，铁损越小，铁损值越小，电磁性能越好。
目前，市场上无取向硅钢用低碳硅铁的冶炼方法是在电炉中冶炼，其冶炼原材料是含二氧化硅98％以上的硅石、碳素材料和废钢，通过高温烧结二氧化硅将其中的氧还原掉。这种冶炼过程中加入的废钢中含有大量的铌、钒、钛有害元素，其有害化学成分不可控，这些有害元素在钢中形成细小的N、C化物，阻碍无取向硅钢冷轧板连续退火过程中的再结晶与晶粒长大，从而严重影响无取向硅钢的电磁性能。
发明内容
本发明旨在生产不含有Nb、V、Ti有害元素的硅钢用低碳硅铁，提高低碳硅铁纯净度，减少钢中影响冷轧板连续退火过程中阻碍晶粒长大的Nb、V、Ti形成的碳氮化物，从而为降低硅钢铁损值，提高磁感值，提高电磁性能奠定基础。
为此，本发明所采取的技术解决方案是：
一种硅钢用高纯度低碳硅铁，其化学成分wt％为：C≤0.015％、Si75～80％、Mn≤0.15％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb≤0.0005％、V≤0.0005％、Ti≤0.0005％、其余为Fe和杂质。
一种硅钢用高纯度低碳硅铁的冶炼方法为：
原料：冶炼高纯度低碳硅铁的原料为硅石、焦炭及钢屑；
其中：硅石中SiO2＞98wt％、Al2O3＜0.5wt％、(CaO+MgO)＜0.5wt％、P2O5＜0.01wt％，硅石的粒度为25～100mm；
焦炭灰分＜10wt％，粒度1～10mm；
钢屑系采用转炉炼钢－RH精炼－热轧钢卷－破碎加工制成的碳素钢钢屑，碳素钢钢屑中C≤0.10wt％、Si＜0.5wt％、Mn≤0.2wt％、P≤0.02wt％、S≤0.005wt％、Nb≤0.0010wt％、V≤0.0010wt％、Ti≤0.0010wt％；碳素钢钢屑长度≤100mm、厚度≤5mm、宽度≤20mm；
冶炼：
采用电炉连续冶炼法炼制；
将原料硅石、焦炭、钢屑按照100:55:14的比例进行配比，并混合均匀；
将混匀的炉料装入电炉中，炉料装满后开始冶炼生产，生产2个小时后将炉内产生的铁合金水放出，每8小时放出铁合金水3～5次；
将硅铁水排入由粘土砖做内衬的铁水包中，然后将铁水浇注在生铁铸成的锭模中，保证硅铁迅速冷却；
铁水排放出来后进行取样化验，根据化验结果调整配料的比例，然后将经调整后的配料按50～100公斤的量装入电炉中，每次排放出硅铁水后加入合金配料；循环往复。
本发明冶炼硅铁的主要化学反应为：
还原剂碳将硅石中的Si还原出来：SiO2+2C＝Si+2C
当铁存在时，铁将与硅作用生成硅化铁：Fe+Si＝FeSi
总的化学反应式为：SiO2+2C+Fe＝FeSi+2CO。
本发明的有益效果为：
本发明生产的低碳硅铁，其化学成分稳定，Nb、V、Ti有害夹杂物的含量均小于5ppm，利用这种合金生产的牌号硅钢的钢种纯净度有明显的提高，其中Nb、V、Ti有害元素含量均小于5ppm。采用本发明低碳硅铁生产的50W800牌号硅钢其电磁性能有明显的提高，对比现有牌号的电磁性能铁损值P1.5由4.9W/kg降低到4.2W/kg，磁感值B5000由1.71T提高到1.74T，磁感值提高0.03T，电磁性能有明显的提高，达到国内最先进的水平。
具体实施方式
实施例采用2000千伏安电炉冶炼低碳硅铁，低碳硅铁硅含量75％。硅石、焦炭和钢屑的控制成分、质量要求与粒度按照发明内容部分的规定进行控制。
将原料硅石：焦炭：钢屑＝100:55:14的比例进行配比，混合均匀。
冶炼过程：首先将冶炼低碳硅铁的炉料按上述比例混合均匀，装入电炉中，炉料装满后开始冶炼生产，生产2个小时后有一定量的铁合金水，然后开始将炉内铁合金水放出，每8小时放出铁合金水3～5次，将硅铁水排入由粘土砖做内衬的铁水包中，然后将铁水浇注在生铁铸成的锭模中，保证硅铁迅速冷却。
铁水排放出来后进行取样化验，根据化验结果调整合金料配料的比例，然后经调整后的配料按50～100公斤的量装入电炉中，每次排放出硅铁水后加入合金配料，循环往复。
冶炼完成硅铁的结晶过程中由于硅比重小，结晶过程中有上浮现象，使硅铁产生偏析，为了减少偏析，降低浇注温度，将浇注温度控制在1500℃，同时减少钢锭的厚度，通常厚度40～80mm。冷却后的钢锭破碎成10～30mm的粒状。
冶炼后低碳硅铁的化学成分为：
| 硅铁成分 | C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti |
| 含量wt％ | 0.009 | 75.2 | 0.14 | 0.015 | 0.0042 | ≤0.0005 | ≤0.0005 | ≤0.0005 |
利用上述低碳硅铁生产两个牌号无取向硅钢，电磁性能有明显的提高，具体如下：
生产的工艺路线
铁水预处理→转炉→精炼→连铸→热连轧机组生产2.7mm热轧卷→冷轧硅钢厂酸轧机组→连退机组生产0.5mm冷轧卷→取样送检→检验室制样检测。
生产无取向硅钢，整个工艺过程采用相同生产工艺，只有在精炼环节采用不同的高纯度低碳硅铁与普通低碳磷铁生产相同牌号的无取向硅钢。
下面结合两对实施例与对比例的情况，对本发明作进一步说明。
其中，实施例1与对比例1生产的钢种为50W1300，实施例2与对比例2生产的钢种为50W800。
元素含量及电磁性能如下：(以钢水罐中100吨钢水为例)
注：硅元素加入量包括脱氧硅与合金硅两项合计；钢中的C＜30PPm、S＜50PPm。
通过上述实例对比可知，采用本发明的低碳硅铁比对比例即原有低碳硅铁冶炼无取向硅钢，使用同样的生产工艺生产的无取向低牌号电工钢的有害残余元素含量得到有效控制，均达到目标要求Nb≤0.0005％、V≤0.0005％、Ti≤0.0005％，而且电磁性能有明显的提高，50W1300牌号平均铁损值减低大约P1.5＝0.81W/kg、磁感值提高B5000＝0.021T、50W800牌号平均铁损值降低0.72W/kg、平均磁感值提高0.031T，电磁性能有了明显提高，达到国内同牌号无取向硅钢电磁性能的最好水平，效果显著。
Claims (1)
1.一种硅钢用高纯度低碳硅铁的冶炼方法，其特征在于：
原料：
冶炼高纯度低碳硅铁的原料为硅石、焦炭及钢屑；
其中：硅石中SiO2＞98wt％、Al2O3＜0.5wt％、(CaO+MgO)＜0.5wt％、P2O5＜0.01wt％，硅石的粒度为25～100mm；
焦炭灰分＜10wt％，粒度1～10mm；
所述钢屑系采用转炉炼钢－RH精炼－热轧钢卷－破碎加工制成的碳素钢钢屑，碳素钢钢屑中C≤0.10wt％、Si＜0.5wt％、Mn≤0.2wt％、P≤0.02wt％、S≤0.005wt％、Nb≤0.0010wt％、V≤0.0010wt％、Ti≤0.0010wt％；碳素钢钢屑长度≤100mm、厚度≤5mm、宽度≤20mm；
冶炼：
采用电炉连续冶炼法炼制；
将原料硅石、焦炭、钢屑按照100:55:14的比例进行配比，并混合均匀；
将混匀的炉料装入电炉中，炉料装满后开始冶炼生产，生产2个小时后将炉内产生的铁合金水放出，每8小时放出铁合金水3～5次；
将硅铁水排入由粘土砖做内衬的铁水包中，然后将铁水浇注在生铁铸成的锭模中，保证硅铁迅速冷却；
铁水排放出来后进行取样化验，根据化验结果调整配料的比例，然后将经调整后的配料按50～100公斤的量装入电炉中，每次排放出硅铁水后加入合金配料；循环往复；
化学成分：
高纯度低碳硅铁的化学成分wt％为：C≤0.015％、Si：75～80％、Mn≤0.15％、P≤0.02％、S≤0.005％、Nb≤0.0005％、V≤0.0005％、Ti≤0.0005％，其余为Fe和杂质。
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