CN111455131A - 高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明所要解决的技术问题是钢中钛含量较高时钢质变差，洁净度低，最终生产出的产品品质低。本发明提供高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，按照电炉‑AOD‑LF‑VD‑连铸工艺流程生产，电炉、LF和VD分步对钢水进行合金化，LF加入耐磨钢精炼渣造渣，浇注过程全程采用保护渣，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，钢中夹杂物获得大幅减少，生产出的产品成分稳定。

Description

高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法。
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。同时，由于钛含量较高，冶炼连铸钢中的钛会极易与钢包渣、保护渣等辅料反应，导致渣的性能恶化，冶金功能降低，钢水中的非金属夹杂物很难上浮去除，导致钢质变差，洁净度低，最终生产出的产品品质低。
发明内容
本发明解决的技术问题是钛含量较高时钢质变差，洁净度低，最终生产出的产品品质低。
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，步骤包括按照电炉-AOD-LF-VD-连铸工艺流程生产，电炉、LF和VD分步对钢水进行合金化，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+SrO)：40-60％，MgO：3-10％，SiO2：0.1-10％，Al2O3：20-40％，F-：1-5％，TiO2：5-30％。此处(CaO+BaO+SrO)表示含有CaO、BaO、SrO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，精炼结束钢包渣成分控制在(CaO+BaO+SrO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
其中，LF进站向渣面加入萤石0.2-1.5kg/吨钢、铝丸0.3-1.0kg/吨钢，加热5-15min后加入耐磨钢精炼渣3-7kg/吨钢、铝丸0.3-1.0kg/吨钢，加热5-15min后再次加入耐磨钢精炼渣2-5kg/吨钢，继续对钢水进行加热直到达到工序目标温度。
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，电炉加入含锰合金进行锰的合金化，将钢中锰含量控制在略低于成品成分下限；LF先加入含铝合金、含锰合金将钢中铝、锰调整到成品成分范围，然后加入含碳合金将钢中碳调整到成品成分范围；VD加入含钛合金，将钢中钛控制在成品成分范围。
其中，含钛合金为40TiFe、70TiFe、80TiFe或者纯钛中的一种或者几种。
其中，AOD分两批加入渣料，兑钢水前在炉底加入石灰2.5～4.5kg/t钢、萤石0.3-1.5kg/t钢，当AOD炉内温度≥1610℃时，加入石灰15～23kg/t钢、石英砂3.0-10.0kg/t钢、铝矾土2-8kg/t钢；AOD终渣碱度控制在1.8～2.4。
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，本发明可稳定精炼-连铸过程钢包渣及保护渣冶金性能，且在本工艺条件下钢包渣及保护渣均具有良好的吸附非金属夹杂物的能力，钢中夹杂物获得大幅减少，生产出的产品成分稳定。
具体实施方式
本发明提供高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，步骤包括按照电炉-AOD-LF-VD-连铸工艺流程生产，电炉、LF和VD分步对钢水进行合金化，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+SrO)：40-60％，MgO：3-10％，SiO2：0.1-10％，Al2O3：20-40％，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％；保护渣的粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。
其中，精炼结束钢包渣成分(CaO+BaO+SrO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
其中，LF进站向渣面加入萤石0.2-1.5kg/吨钢、铝丸0.3-1.0kg/吨钢，加热5-15min后加入耐磨钢精炼渣3-7kg/吨钢、铝丸0.3-1.0kg/吨钢，加热5-15min后再次加入耐磨钢精炼渣2-5kg/吨钢，继续对钢水进行加热直到达到工序目标温度。
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，电炉加入含锰合金进行锰的合金化，将钢中锰含量控制在略低于成分下限，控制在低于下限0.2％的范围内，LF先加入含铝合金、含锰合金将钢中铝、锰调整到成品成分范围，然后加入含碳合金将钢中碳调整到成品成分范围，VD加入含钛合金，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，AOD分两批加入渣料，兑钢水前在炉底加入石灰2.5～4.5kg/t钢、萤石0.3-1.5kg/t钢，当AOD炉内温度≥1610℃时，加入石灰15～23kg/t钢、石英砂3.0-10.0kg/t钢、铝矾土2-8kg/t钢；AOD终渣碱度控制在1.8～2.4。
其中，本发明高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸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
脱氧合金化工艺为：电炉加入含锰合金进行锰的合金化，将电炉结束钢中锰含量控制在略低于成分下限，LF将钢中碳、锰、铝调整到在成品成分，VD处理10分钟后加入含钛合金70TiFe，再处理10分钟，将钢中钛控制在成品成分；
AOD兑钢水前在炉底加入石灰2.5kg/t钢、萤石0.3kg/t钢，当AOD炉内温度≥1610℃时，加入石灰23kg/t钢、石英砂10.0kg/t钢、铝矾土3kg/t钢；
LF进站向渣面加入萤石0.5kg/吨钢、铝丸1.0kg/吨钢，加入后对钢水进行加热5min后加入耐磨钢精炼渣7kg/吨钢、铝丸0.3kg/吨钢，并对钢水继续进行加热升温，再加热15min后再次加入本精炼渣2kg/吨钢，对钢水进行加热，直到达到工序目标温度，加入专用精炼渣成分为：(CaO+BaO+SrO)：56％，MgO：4％，SiO2：4％，Al2O3：25％，F-：4％，TiO2：5％；
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℃。
本方法生产的铸坯夹杂物检测结果为：(10-50)um的非金属夹杂物比例较原工艺降低了57％，大于50um的夹杂物较原工艺降低了85％。
实施例2
脱氧合金化工艺为：电炉加入含锰合金进行锰的合金化，将电炉结束钢中锰含量控制在略低于成分下限，LF将钢中碳、锰、铝调整到在成品成分，VD处理20分钟后加入含钛合金40TiFe，再处理4分钟，将钢中钛控制在成品成分；
AOD兑钢水前在炉底加入石灰4.5kg/t钢；、萤石1.5kg/t钢，当AOD炉内温度≥1610℃时，加入石灰16.2kg/t钢、石英砂6.8kg/t钢、铝矾土6kg/t钢；
LF进站向渣面加入萤石1.0kg/吨钢、铝丸0.3kg/吨钢，加入后对钢水进行加热10min后加入耐磨钢精炼渣3kg/吨钢、铝丸1.0kg/吨钢，并对钢水继续进行加热升温，再加热5min后再次加入本精炼渣5kg/吨钢，对钢水进行加热，直到达到工序目标温度，加入专用精炼渣成分为：(CaO+BaO+SrO)：40％，MgO：3％，SiO2：1％，Al2O3：25％，F-：2％，TiO2：27％；
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℃。
本方法生产的铸坯夹杂物检测结果为：(10-50)um的非金属夹杂物比例较原工艺降低了79％，大于50um的夹杂物较原工艺降低了90％。
对比例
脱氧合金化工艺为：电炉加入适量含锰合金进行锰的合金化，电炉结束钢中锰含量只有成品成分下限的一半，LF将钢中锰、铝调整到在成品成分，VD处理开始进行碳和钛的合金化，将钢中钛控制在成品成分；
AOD兑钢水前在炉底加入石灰8kg/t钢，兑入钢水；当AOD吹炼过程中炉内温度≥1600℃时，加入石灰12kg/t钢。
LF进站加热10min后，加入活性石灰7kg/吨钢、高铝调渣剂2.5kg/吨钢，并对钢水继续进行加热升温，再加热10min后再次加入活性石灰5kg/吨钢、高铝调渣剂2kg/吨钢，后对钢水继续进行加热升温，直到达到工序目标温度；
浇注全程采用普通低碳钢保护渣。

Claims (9)

1.高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于包括如下步骤：按照电炉-AOD-LF-VD-连铸工艺流程生产，电炉、LF和VD分步对钢水进行合金化，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所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于：以质量分数计，所述精炼渣的成分包括(CaO+BaO+SrO)：40-60％，MgO：3-10％，SiO2：0.1-10％，Al2O3：20-40％，F-：1-5％，TiO2：5-30％以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，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％-25％，Li2O：3％-8％，C：5％-10％以及不可避免的杂质；保护渣的粘度0.1～0.3Pa·S，熔点900～1100℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于：精炼结束钢包渣成分(CaO+BaO+SrO)/(SiO2+Al2O3)比值控制在1.3-2.6，熔点1220-1350℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于：LF造渣具体为LF进站向渣面加入萤石0.2-1.5kg/吨钢、铝丸0.3-1.0kg/吨钢，加热5-15min后加入耐磨钢精炼渣3-7kg/吨钢、铝丸0.3-1.0kg/吨钢，加热5-15min后再次加入耐磨钢精炼渣2-5kg/吨钢，继续对钢水进行加热直到达到工序目标温度。
6.根据权利要求1～5任一项所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，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任一项所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于：分步合金化具体为电炉加入含锰合金进行锰的合金化，将钢中锰含量控制在略低于成品成分下限；LF先加入含铝合金、含锰合金将钢中铝、锰调整到成品成分，然后加入含碳合金将钢中碳调整到成品成分；VD加入含钛合金，将钢中钛控制在成品成分。
8.根据权利要求7所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于：所述含钛合金为40TiFe、70TiFe、80TiFe或者纯钛中的一种或者几种。
9.根据权利要求1～8所述的高洁净度耐磨钢的冶炼及连铸方法，其特征在于：所述AOD分两批加入渣料，兑钢水前在炉底加入石灰2.5～4.5kg/t钢、萤石0.3-1.5kg/t钢，当AOD炉内温度≥1610℃时，加入石灰15～23kg/t钢、石英砂3.0-10.0kg/t钢、铝矾土2-8kg/t钢；AOD终渣碱度控制在1.8～2.4。
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