CN111424135A - 低成本耐磨钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低成本耐磨钢的制备方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明所要解决的技术问题是现有高钛含量的钢一般采用模注形式生产，生产成本高。本发明提供低成本耐磨钢的制备方法，按照转炉‑LF‑VD‑方坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、LF、VD分步对钢水进行脱氧合金化，LF加入耐磨钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.1‑0.8％。本发明可实现高Ti含量耐磨钢的顺利浇注，成材率得到了大幅提升，由模注的65％提高到95％以上。

Description

低成本耐磨钢的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及低成本耐磨钢的制备方法。
背景技术
钛在钢中是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、碳的有效元素。钛在钢中的应用主要以微合金化方式为主，在钢中加入一定量的钛(0.01％～0.03％)可实现细化钢的组织、提高钢的强度、改善钢的塑性和冲击韧性等作用。随着钢中钛含量的提高，产品韧性、加工性能以及耐磨性均大幅度提升，尤其是当钢中Ti≥0.15％时，可获得大量微米级(1～5μm)的TiC(≥80％)和少量的TiN，其产品耐磨性是钛微合金化钢的10倍以上，产品使用寿命显著延长。
由于钛在炼钢和浇铸温度下是非常活泼的金属元素，除了极易被氧化外，还容易与空气和钢水中的氮反应，高钛含量下极易在钢水中形成TiN，常造成水口结瘤堵塞、结晶器形成结鱼冷钢引起漏钢和坯材严重缺陷。因此，目前高钛含量的钢一般采用模注形式生产，从而限制了其产品的应用领域，同时也很难实现规模化和低成本生产。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有高钛含量的钢一般采用模注形式生产，生产成本高。
本发明解决上述问题的技术方案是提供高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，步骤包括按照转炉-LF-VD-方坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、LF、VD分步对钢水进行脱氧合金化，LF加入含有TiO2的耐磨钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用高TiO2含量的保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.1-0.8％。
其中，精炼渣的成分为(CaO+BaO)40-60％，SiO20.1-8％，Al2O320-35％，F-1-5％，TiO25-30％。此处(CaO+BaO)表示含有CaO、BaO中的至少一种。
其中，保护渣的成分为TiO2：5％-20％，(CaO+BaO)：30％-50％，SiO2：9％-13％，Al2O3：20％-28％，(NaF+B2O3)：10％-25％，Li2O：3％-8％，C：5％-10％；1300℃下保护渣的粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。此处(CaO+BaO)表示含有CaO、BaO中的至少一种，(NaF+B2O3)表示含有NaF、B2O3中的至少一种。
其中，将精炼终渣(CaO+BaO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
其中，在LF精炼开始加入耐磨钢精炼渣1-5kg/吨钢，加热5-15min后再次加入精炼渣1-5kg/吨钢，继续对钢水进行加热直到达到目标温度。
其中，连铸从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5-30L/min，浇注全程采用保护渣。
其中，转炉入炉[S]≤0.008％；转炉出钢温度1670℃～1690℃、终点碳≥0.05％；出钢过程在线吹氩，出钢时间≥4分钟，下渣厚度控制目标≤80mm，钢包净空高度按300mm～500mm控制。
其中，转炉出钢1/4-2/3时加入含锰合金和含铝合金将钢中锰、铝元素控制在成品成分范围下限；LF将钢中碳、锰、铝调整到成品成分；VD处理10-20分钟后加入含钛合金，再处理3-10分钟，将钢中钛控制在成品成分。
其中，含钛合金为40TiFe、70TiFe、80TiFe或者纯钛中的一种或者几种。
其中，中间包内采用气幕挡墙，气幕挡墙氩气流量3-9L/min；长水口和每个塞棒位置氩气流量10-20L/min，保持正压。
其中，连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～50℃；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.65kg/t钢～0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50～60L/(min·m2)。
本发明的有益效果：
本发明可实现高Ti含量耐磨钢的顺利浇注，采用连铸的方式连浇炉数≥4炉，同时成材率得到了大幅提升，由模注的65％提高到95％以上。
具体实施方式
本发明提供低成本耐磨钢的制备方法，步骤包括按照转炉-LF-VD-方坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、LF、VD分步对钢水进行脱氧合金化，LF加入耐磨钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程采用保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.1-0.8％。
其中，精炼渣的成分为(CaO+BaO)：40-60％，SiO2：0.1-8％，Al2O3：20-35％，F-：1-5％，TiO2：5-30％。
其中，保护渣的成分为TiO2：5％-20％，(CaO+BaO)：30％-50％，SiO2：9％-13％，Al2O3：20％-28％，(NaF+B2O3)：10％-25％，Li2O：3％-8％，C：5％-10％；1300℃下保护渣的粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。
其中，将精炼终渣(CaO+BaO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
其中，在LF精炼开始加入耐磨钢精炼渣1-5kg/吨钢，加热5-15min后再次加入精炼渣1-5kg/吨钢，继续对钢水进行加热直到达到目标温度。
其中，连铸从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5-30L/min，浇注全程采用保护渣。
其中，转炉入炉[S]≤0.008％；转炉出钢温度1670℃～1690℃、终点碳≥0.05％；出钢过程在线吹氩，出钢时间≥4分钟，下渣厚度控制目标≤80mm，钢包净空高度按300mm～500mm控制。
其中，转炉出钢1/4-2/3时加入含锰合金和含铝合金将钢中锰、铝元素控制在成品成分范围下限；LF将钢中碳、锰、铝调整到成品成分；VD处理10-20分钟后加入含钛合金，再处理3-10分钟，将钢中钛控制在成品成分。
其中，钛合金为40TiFe、70TiFe、80TiFe或者纯钛中的一种或者几种。
其中，含锰合金为锰铁和/或金属锰；含铝合金为铝铁、铝丸、铝线中的一种或者几种。
其中，中间包内采用气幕挡墙，气幕挡墙氩气流量3-9L/min；长水口和每个塞棒位置氩气流量10-20L/min，保持正压。
其中，连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～50℃；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.65kg/t钢～0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50～60L/(min·m2)。
其中，本发明低成本耐磨钢的制备方法尤其适用于钢中钛含量0.1-0.8％。
以下通过实施例和对比例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例中，钢的成分以质量百分数计按如下进行控制C0.10～0.40％，Ti0.1～0.8％，Si≤0.3％，Mn0.8～1.5％，Als0.01～0.06％，P≤0.020％，S≤0.015％。
实施例1
转炉入炉[S]0.008％，转炉出钢温度1670℃、终点碳0.05％，出钢过程在线吹氩，出钢时间5.2分钟，下渣厚度50mm，钢包净空高度按350mm；
转炉出钢1/4时开始分别加入高碳锰铁和铝铁对钢中锰、铝等元素进行合金化，并将其控制在成分下限，LF加入碳粉、中碳锰铁、铝线将钢中碳、锰、铝调整到成品成分，VD处理10分钟后加入含钛合金(纯钛板切边)，再处理10分钟，将钢中钛控制在成品成分；
在LF精炼开始加入耐磨钢精炼渣2.5kg/吨钢，并对钢水进行加热，加热10min后再次加入本精炼渣2.5kg/吨钢，继续对钢水进行加热5min，加入精炼渣成分为：(CaO+BaO)：56％，SiO2：8％，Al2O3：25％，F-：4％，TiO2：5％；
中间包内采用气幕挡墙，气幕挡墙氩气流量3L/min，长水口和每个塞棒位置氩气流量20L/min，保持正压；
从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5L/min；浇注全程采用耐磨钢专用保护渣，保护渣成分及性能为：TiO2：5％，(CaO+BaO)：46％，SiO2：9％，Al2O3：20％，(NaF+B2O3)：10％，Li2O：3％，C：5％；粘度0.28Pa·S，熔点1080℃；
连铸钢水浇注温度稳定，连铸过程中间包钢水过热度35～45℃之间，二冷比水量为0.65kg/t钢，其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50L/(min·m2)，从而保证铸坯在凝固后期加速凝固，减少凝固过程中液析TiN的产生。
连浇5炉，铸坯内部无裂纹，成材率97％。
实施例2
转炉入炉[S]0.004％，转炉出钢温度1690℃、终点碳0.08％，出钢过程在线吹氩，出钢时间6.3分钟，下渣厚度80mm，钢包净空高度按500mm；
转炉出钢2/3时开始分别加入低碳锰铁和铝丸对钢中锰、铝等元素进行合金化，并将其控制在成分下限，LF加入增碳剂、金属锰、铝粒将钢中碳、锰、铝调整到成品成分，VD处理20分钟后加入含钛合金(70TiFe)，再处理4分钟，将钢中钛控制在成品成分；
在LF精炼开始加入耐磨钢精炼渣1kg/吨钢，并对钢水进行加热，加热5min后再次加入本精炼渣3kg/吨钢，继续对钢水进行加热12min，加入精炼渣成分为：(CaO+BaO)：40％，SiO2：1％，Al2O3：28％，F-：2％，TiO2：27％；
中间包内采用气幕挡墙，气幕挡墙氩气流量9L/min，长水口和每个塞棒位置氩气流量10L/min，保持正压；
从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量28L/min，浇注全程采用耐磨钢专用保护渣，保护渣成分及性能为：TiO2：14％，(CaO+BaO)：30％，SiO2：10％，Al2O3：22％，(NaF+B2O3)：12％，Li2O：4％，C：6％，粘度0.13Pa·S，熔点920℃；
连铸钢水浇注温度稳定，连铸过程中间包钢水过热度45～50℃之间，二冷比水量为0.80kg/t钢，其中凝固终点7段～8段区域冷却强度60L/(min·m2)，从而保证铸坯在凝固后期加速凝固，减少凝固过程中液析TiN的产生。
连浇4炉，铸坯内部无裂纹，成材率96％。
对比例
采用“转炉-LF-VD-模注”，转炉入炉[S]0.005％，转炉出钢温度1690℃、终点碳0.07％，出钢过程在线吹氩，出钢时间6.1分钟，下渣厚度80mm，钢包净空高度按500mm；
转炉出钢4/5时开始分别加入低碳锰铁和铝丸对钢中锰、铝等元素进行合金化，并将其控制在成分下限；LF加入增碳剂、金属锰、铝粒、含钛合金将钢中碳、锰、铝、钛调整到成品成分，VD处理25分钟；
在LF精炼开始加入常规精炼渣1kg/吨钢，并对钢水进行加热，加热5min后再次加入精炼渣3kg/吨钢后对钢水进行加热13min，加入精炼渣主要成分为：CaO：55％，SiO2：6％，Al2O3：28％，F-：5％；
模注浇注时全程采用氩气保护。
浇注1炉，铸锭内部有轻微的中间裂纹，成材率65％。

Claims (10)

1.低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤：按照转炉-LF-VD-方坯连铸工艺流程生产，转炉终点控制，转炉出钢、LF、VD分步对钢水进行脱氧合金化，LF加入含有TiO2的耐磨钢精炼渣造渣并控制钢包渣成分，浇注过程全程采用高TiO2含量的保护渣，以质量分数计钢中钛含量0.1-0.8％。
2.根据权利要求1所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：以质量分数计，所述耐磨钢精炼渣的成分包括(CaO+BaO)：40-60％，SiO2：0.1-8％，Al2O3：20-35％，F-：1-5％，TiO2：5-30％以及不可避免的杂质；熔点1260-1370℃。
3.根据权利要求1或2所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：以质量分数计，所述保护渣的成分包括TiO2：5％～20％，(CaO+BaO)：30％～50％，SiO2：9％～13％，Al2O3：20％-28％，(NaF+B2O3)：10％-20％，Li2O：3％～8％，C：5％～10％以及不可避免的杂质；1300℃下粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：将精炼终渣(CaO+BaO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：LF造渣具体为在LF精炼开始加入耐磨钢精炼渣1-5kg/吨钢，加热5-15min后再次加入耐磨钢精炼渣1-5kg/吨钢，继续对钢水进行加热直到达到目标温度。
6.根据权利要求1～5任一项所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述连铸从开浇至拉速稳定期间，结晶器液面需采用氩气保护，流量5-30L/min，浇注全程采用保护渣。
7.根据权利要求1～6任一项所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：转炉入炉[S]≤0.008％；转炉出钢温度1670℃～1690℃、终点碳≥0.05％；出钢过程在线吹氩，出钢时间≥4分钟，下渣厚度控制目标≤80mm，钢包净空高度按300mm～500mm控制。
8.根据权利要求1～7任一项所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：脱氧合金化具体为转炉出钢1/4-2/3时加入含锰合金和含铝合金将钢中锰、铝元素控制在成品成分下限；LF将钢中碳、锰、铝调整到在成品成分；VD处理10-20分钟后加入含钛合金，再处理3-10分钟，将钢中钛控制在成品成分。
9.根据权利要求1～8所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：中间包内采用气幕挡墙，气幕挡墙氩气流量3-9L/min；长水口和每个塞棒位置氩气流量10-20L/min，保持正压。
10.根据权利要求1～9所述的低成本耐磨钢的制备方法，其特征在于：连铸过程中间包钢水过热度控制在25℃～50℃；二冷采用凝固终点区域强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.65kg/t钢～0.80kg/t钢；其中凝固终点7段～8段区域冷却强度50～60L/(min·m2)。
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