CN111893238A - 一种耐蚀钢筋的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐蚀钢筋的生产工艺，包括以下步骤：S1制备纯净的钢熔化液；S2依次加入增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁，制备混合熔化液；S3形成钢包；S4浇筑成型并通电除氧，形成钢筋粗品；S5经过酸洗、碱洗，在无氧电场中进行，得到成品耐蚀钢筋；本发明的有益效果是：通过在无氧条件下吹出固体废渣，同时以增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁添加进钢熔化液中，并以石灰粉、通电除氧，随后依次酸洗和碱洗，实现高洁净度以及耐氧化耐腐蚀；利用通电除氧以及二氧化碳和/或氮气，达到高洁净度；通过金云母片、氮化铬铁、钨铁合金，实现耐氧化和耐腐蚀；通过增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁，实现耐氧化和耐腐蚀；通混合气体、电场，实现耐氧化和耐腐蚀。

Description

一种耐蚀钢筋的生产工艺
技术领域
本发明涉及钢筋生产领域，具体是一种耐蚀钢筋的生产工艺。
背景技术
钢铁工业是我国经济发展的基础工业，经济发展离不开钢铁等重工业的支持，因此不断提高钢铁工业的发展水平，也是为了满足国民经济现代化建设的各个方面例如机械、土木建筑、国防、交通运输等行业要求的基本前提。尤其是近年来，我国的钢产量已位居世界首位，是世界钢铁大国，而钢筋则作为土木建筑工程中主要的支撑和固定结构的常用材料，被广泛的用于工业与民用建筑中，其性能好坏直接关系到建筑中混凝土结构的质量；随着我国基本建设的高速发展，钢筋的生产工艺和使用环境都在不断更新替换，但是钢筋的冶炼生产中产生大量的废弃物和污染，这对能源环保产生很大的压力，因此一方面通过提高钢筋的耐蚀性及强度，可以延长钢筋的使用寿命，减少钢材的用量，为节能环保减轻压力；另一方面优化钢筋生产工艺，可以减轻污染和废气物的产生。
而钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之一，也是重大工程提前失效的重要原因，尤其在海洋特有的恶劣环境和动载与静载多重因素的耦合作用下，必将导致钢筋锈蚀加剧，大大缩短了混凝土结构的服役寿命。如中国专利公开号CN102605255A公开了一种400MPa级耐腐蚀钢，其元素含量为：C:0.1％～0.25％，Si:0.5％～0.90％，Mn:0.7％～1.5％，P:0.04％～0.09％，S≤0.015％，Cu:0.3％～0.6％，Ni:0.1％～0.4％，Cr≤0.1％，V:0.03％～0.08％，其耐腐蚀性能较普通钢筋提高2倍，但其提升空间较为有限。又中国专利公开号CN105950989B公开了一种耐蚀钢筋及其生产方法，化学成分：C 0.15～0.23％，Si0.30～0.65％，Mn0.90～1.60％，P≤0.030％，S≤0.020％，Cr1.40～2.50％，Cu0.20～0.40％，Ti0.010～0.025％，N≤0.015％，O≤0.0020％。感应电炉冶炼出钢温度1650～1670℃。连铸钢液的过热度控制在≤30℃；对中间包使用外加电场熔渣脱氧装置进行脱氧，外加电场的电压为5～20V，电流为600～1000A，提高钢液的洁净度。轧制钢坯加热温度为1130～1170℃，加热时间1.5～2.5h，开轧温度1000～1100℃，终轧温度为950～1050℃；虽然通过了外加电场熔渣脱氧装置进行脱氧，解决了钢筋的洁净度问题，但是其没有考虑到海洋或者潮湿环境下钢筋的外表面容易出现氧化从而形成“起毛”现象，影响浇筑成的混凝土强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐蚀钢筋的生产工艺，以至少达到钢材的高洁净度以及耐氧化耐腐蚀的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种耐蚀钢筋的生产工艺，包括以下步骤：
S1选取优质的废钢，电炉冶炼成钢熔化液，随后在无氧条件下，吹出固体废渣，得到纯净的钢熔化液；
S2在得到的钢熔化液中依次加入增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁，待熔融成液后，将不熔渣在无氧条件下，吹出，得到混合熔化液；
S3在混合熔化液进行合金化，熔化成初级钢液；将得到的初级钢液中加加入石灰粉，同时无氧条件下，加热至完全熔化，待熔炼成分达到出钢要求，在1700-1750℃条件下出钢，形成钢包；
S4将形成的钢包吊装到盛装容器内，控制钢包内的钢液的过热度≤10℃，进行浇筑成型，同时无氧条件下，通电除氧，形成钢筋粗品；
S5将得到的钢筋粗品经过酸洗后，再经过碱洗，两个阶段均在无氧条件中的电场中进行，即得到成品耐蚀钢筋。
优选的，为了进一步实现高洁净度的目的，所述的通电除氧为，在钢包的上接一外加电场，电场的阳极连接盛装容器的出口，阴极连接盛装容器的进口，阳极和阴极分别连接到电场电源的正极和负极，在浇筑阶段通电，同时整个电场在无氧条件下通入二氧化碳和/或氮气，待钢液内氧气去除完毕后，即得到钢筋粗品；所述的外加电场的电压为30V，电流为500A；通过在无氧条件下，在电场中，通过电子轰击的方式，将钢包内的杂质中附带的氧原子轰击出，同时利用二氧化和/或氮气将生成的氧气驱除出钢包，从而形成高洁净度的钢包，达到高洁净度的目的。
优选的，为了进一步实现耐氧化和耐腐蚀的目的，所述的合金化为，在混合熔化液中依次加入金云母片、氮化铬铁熔化后，再加入钨铁合金进行合金化，在无氧条件下，吹出固体废渣；所述的金云母片、氮化铬铁以及钨铁合金的重量组分之比为5:8:9:4，其总重占混合熔化液的6％；通过金云母片中的主要成分KMg3[Si3 AlO10](OH.F)2充当保护剂，保护其他合金熔化过程中不被氧气侵入，同时其粉末的熔融态能作提高机械强度，配合氮化铬铁中奥氏体形成的氮，取代珍贵的镍资源，同时钨铁合金中钨的良好的耐高温性和机械强度，能与氮化铬铁中的铬相互配合，形成高度耐腐蚀的合金材料，从而利用金云母片中的成分保护整体合金化进程，而镁元素能充当脱氧剂，进一步防止氧气侵入，从而实现降低钢筋的氧含量，进而提高钢筋的耐氧化和耐腐蚀的能力。
优选的，为了进一步实现耐氧化和耐腐蚀的目的，所述的增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁的重量组分之比为15:6:3:3，其总重占钢熔化液的5％；所述的增碳剂中各元素占增碳剂重量比为C 95.45％，S 0.075％，挥发份1.6％，水分0.45，其余为难除杂质；通过采用含硫较少的增碳剂，以及硅锰合金中硅和锰能形成复合脱氧，同时硅能提高钢筋的机械强度，而锰能避免硫元素的危害，并提示整体钢筋的韧性，而加入高碳锰铁则是进一步与增碳剂形成配合，补充钢熔化液中损失的碳元素和以及锰元素，从而实现利用增碳剂、高碳锰铁以及硅锰合金增加钢筋的耐氧化和耐腐蚀的能力，实现耐氧化和耐腐蚀的目的。
优选的，为了进一步耐氧化和耐腐蚀的目的，所述的无氧条件为，采用体积分数之比为6:4的氩气和氪气的混合气体；所述的无氧条件中的电场为在钢筋粗品上，将两端分别通过导线连接20V的电源，电流为10A，同时导电液为质量分数为15％的氯化铝溶液；通过采用体积分数为6:4的氩气和氪气的混合气体，以及配合氯化铝溶液为导电液的电场，利用电场在酸洗和碱洗过的粗品钢筋上电镀上一层铝层，从而当潮湿环境下氧化时，铝层能率先被氧化成膜，同时腐蚀性液体溅射到钢筋上时，铝层也能率先被氧化，从而实现耐氧化和耐腐蚀的目的。
本发明的有益效果是：
1.通过在无氧条件下吹出固体废渣，同时以增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁添加进钢熔化液中，并以石灰粉作为脱氧剂和造渣剂同时吸收多余的水分，从而防止氧气侵入到初级钢液汇总，在利用无氧条件的通电除氧，大幅度降低钢筋内的氧气含量，随后依次酸洗和碱洗，从而在无氧电场中，得到成品耐蚀钢筋，实现高洁净度以及耐氧化耐腐蚀的目的。
2.通过在无氧条件下，在电场中，通过电子轰击的方式，将钢包内的杂质中附带的氧原子轰击出，同时利用二氧化碳/或氮气将生成的氧气驱除出钢包，从而形成高洁净度的钢包，达到高洁净度的目的。
3.通过金云母片中的主要成分KMg3[Si3 AlO10](OH.F)2充当保护剂，保护其他合金熔化过程中不被氧气侵入，同时其粉末的熔融态能作提高机械强度，配合氮化铬铁中奥氏体形成的氮，取代珍贵的镍资源，同时钨铁合金中钨的良好的耐高温性和机械强度，能与氮化铬铁中的铬相互配合，形成高度耐腐蚀的合金材料，从而利用金云母片中的成分保护整体合金化进程，而镁元素能充当脱氧剂，进一步防止氧气侵入，从而实现降低钢筋的氧含量，进而提高钢筋的耐氧化和耐腐蚀的能力。
4.通过采用含硫较少的增碳剂，以及硅锰合金中硅和锰能形成复合脱氧，同时硅能提高钢筋的机械强度，而锰能避免硫元素的危害，并提示整体钢筋的韧性，而加入高碳锰铁则是进一步与增碳剂形成配合，补充钢熔化液中损失的碳元素和以及锰元素，从而实现利用增碳剂、高碳锰铁以及硅锰合金增加钢筋的耐氧化和耐腐蚀的能力，实现耐氧化和耐腐蚀的目的。
5.通过采用体积分数为6:4的氩气和氪气的混合气体，以及配合氯化铝溶液为导电液的电场，利用电场在酸洗和碱洗过的粗品钢筋上电镀上一层铝层，从而当潮湿环境下氧化时，铝层能率先被氧化成膜，同时腐蚀性液体溅射到钢筋上时，铝层也能率先被氧化，从而实现耐氧化和耐腐蚀的目的。
具体实施方式
下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种耐蚀钢筋的生产工艺，包括以下步骤：
S1选取优质的废钢，电炉冶炼成钢熔化液，随后在无氧条件下，吹出固体废渣，得到纯净的钢熔化液；
S2在得到的钢熔化液中依次加入增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁，待熔融成液后，将不熔渣在无氧条件下，吹出，得到混合熔化液；
S3在混合熔化液进行合金化，熔化成初级钢液；将得到的初级钢液中加加入石灰粉，同时无氧条件下，加热至完全熔化，待熔炼成分达到出钢要求，在1730℃条件下出钢，形成钢包；
S4将形成的钢包吊装到盛装容器内，控制钢包内的钢液的过热度≤10℃，进行浇筑成型，同时无氧条件下，通电除氧，形成钢筋粗品；
S5将得到的钢筋粗品经过酸洗后，再经过碱洗，两个阶段均在无氧条件中的电场中进行，即得到成品耐蚀钢筋。
为了进一步实现高洁净度的目的，所述的通电除氧为，在钢包的上接一外加电场，电场的阳极连接盛装容器的出口，阴极连接盛装容器的进口，阳极和阴极分别连接到电场电源的正极和负极，在浇筑阶段通电，同时整个电场在无氧条件下通入二氧化碳和/或氮气，待钢液内氧气去除完毕后，即得到钢筋粗品；述的外加电场的电压为30V，电流为500A；通过在无氧条件下，在电场中，通过电子轰击的方式，将钢包内的杂质中附带的氧原子轰击出，同时利用体积比为2:3的二氧化碳和氮气将生成的氧气驱除出钢包，从而形成高洁净度的钢包，达到高洁净度的目的。
为了进一步实现耐氧化和耐腐蚀的目的，所述的合金化为，在混合熔化液中依次加入金云母片、氮化铬铁熔化后，再加入钨铁合金进行合金化，在无氧条件下，吹出固体废渣；所述的金云母片、氮化铬铁以及钨铁合金的重量组分之比为5:8:9:4，其总重占混合熔化液的6％；通过金云母片中的主要成分KMg3[Si3 AlO10](OH,F)2充当保护剂，保护其他合金熔化过程中不被氧气侵入，同时其粉末的熔融态能作提高机械强度，配合氮化铬铁中奥氏体形成的氮，取代珍贵的镍资源，同时钨铁合金中钨的良好的耐高温性和机械强度，能与氮化铬铁中的铬相互配合，形成高度耐腐蚀的合金材料，从而利用。
为了进一步实现耐氧化和耐腐蚀的目的，所述的增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁的重量组分之比为15:6:3:3，其总重占钢熔化液的5％；所述的增碳剂中各元素占增碳剂重量比为C95.45％，S 0.075％，挥发份1.6％，水分0.45，其余为难除杂质；通过采用含硫较少的增碳剂，以及硅锰合金中硅和锰能形成复合脱氧，同时硅能提高钢筋的机械强度，而锰能避免硫元素的危害，并提示整体钢筋的韧性，而加入高碳锰铁则是进一步与增碳剂形成配合，补充钢熔化液中损失的碳元素和以及锰元素，从而实现利用增碳剂、高碳锰铁以及硅锰合金增加钢筋的耐氧化和耐腐蚀的能力，实现耐氧化和耐腐蚀的目的。
为了进一步耐氧化和耐腐蚀的目的，所述的无氧条件为，采用体积分数之比为6:4的氩气和氪气的混合气体；所述的无氧条件中的电场为在钢筋粗品上，将两端分别通过导线连接20V的电源，电流为10A，同时导电液为质量分数为15％的氯化铝溶液；通过采用体积分数为6:4的氩气和氪气的混合气体，以及配合氯化铝溶液为导电液的电场，利用电场在酸洗和碱洗过的粗品钢筋上电镀上一层铝层，从而当潮湿环境下氧化时，铝层能率先被氧化成膜，同时腐蚀性液体溅射到钢筋上时，铝层也能率先被氧化，从而实现耐氧化和耐腐蚀的目的。
通过检测，该耐腐蚀的钢筋，其化学成分重量百分比含量为：C：0.31％～0.35％，Si：0.44％～0.71％，Mn：1.53％～2.14％，P≤0.043％，S≤0.015％，Cr：2.31％～2.86％，Cu：0.14％～0.19％，Al：1.37％～1.55％，Mg：0.17％～0.35％，K≤0.084％，N≤0.024％，O≤0.0018％，其余为铁及不可避免的杂质。
实施例2
将出钢温度设定为1700℃条件下出钢，同时利用二氧化碳将生成的氧气驱除出钢包，其余配方及步骤同实施例1。
实施例3
将出钢温度设定为1750℃条件下出钢，同时利用氮气将生成的氧气驱除出钢包，其余配方及步骤同实施例1。
对比例1
不采用通电除氧，其余配方及步骤同实施例1。
对比例2
针对钢筋粗品不采用先酸洗后碱洗，并在无氧条件下的电场中进行电镀，直接采用磨棒修饰钢筋粗品，其余配方及步骤同实施例1。
对比例3
在钢熔化液中加入增碳剂、硅锰铁、硅铁进行脱氧及合金化，然后再加入铬铁、钛铁进行合金化，其余配方及步骤同实施例1。
统计各个实施例和对比例中得到的耐蚀钢筋的氧含量和机械硬度，同时在pH为2的酸性相对湿度为96％的潮湿环境放置180d后，涡流探测法测定受腐蚀面积占原钢筋面积的占比，得到表1。
表1各个实施例和对比例中钢筋的腐蚀度、氧含量以及机械硬度情况表
类别 氧含量(‰) 机械硬度MPa 腐蚀度(％)
实施例1 0.08 1180 2
实施例2 0.10 1175 3
实施例3 0.09 1181 3
对比例1 0.45 1008 12
对比例2 0.11 1168 4
对比例3 0.13 1080 9
由表1可知，当采用无氧条件下吹出固体废渣，在钢熔化液中依次加入增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁进行脱氧和初步合金化，同时利用体积比为2:3的二氧化碳和氮气将生成的氧气驱除出钢包，以及加入金云母片、氮化铬铁以及钨铁合金进行合金化，并且通电除氧和酸洗碱洗后电镀，所得到的成品耐蚀钢筋，其其化学成分重量百分比含量为：C：0.31％～0.35％，Si：0.44％～0.71％，Mn：1.53％～2.14％，P≤0.043％，S≤0.015％，Cr：2.31％～2.86％，Cu：0.14％～0.19％，Al：1.37％～1.55％，Mg：0.17％～0.35％，K≤0.084％，N≤0.024％，O＝0.08％，机械硬度为1180MPa，腐蚀度为2％，即说明了本发明的成品钢筋的优越性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1选取优质的废钢，电炉冶炼成钢熔化液，随后在无氧条件下，吹出固体废渣，得到纯净的钢熔化液；
S2在得到的钢熔化液中依次加入增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁，待熔融成液后，将不熔渣在无氧条件下，吹出，得到混合熔化液；
S3在混合熔化液进行合金化，熔化成初级钢液；将得到的初级钢液中加加入石灰粉，同时无氧条件下，加热至完全熔化，待熔炼成分达到出钢要求，在1700-1750℃条件下出钢，形成钢包；
S4将形成的钢包吊装到盛装容器内，控制钢包内的钢液的过热度≤10℃，进行浇筑成型，同时无氧条件下，通电除氧，形成钢筋粗品；
S5将得到的钢筋粗品经过酸洗后，再经过碱洗，两个阶段均在无氧条件中的电场中进行，即得到成品耐蚀钢筋。
2.根据权利要求1所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的通电除氧为，在钢包的上接一外加电场，电场的阳极连接盛装容器的出口，阴极连接盛装容器的进口，阳极和阴极分别连接到电场电源的正极和负极，在浇筑阶段通电，同时整个电场在无氧条件下通入二氧化碳和/或氮气，待钢液内氧气去除完毕后，即得到钢筋粗品。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的外加电场的电压为30V，电流为500A。
4.根据权利要求1所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的合金化为，在混合熔化液中依次加入金云母片、氮化铬铁熔化后，再加入钨铁合金进行合金化，在无氧条件下，吹出固体废渣。
5.根据权利要求4所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的金云母片、氮化铬铁以及钨铁合金的重量组分之比为5:8:9:4，其总重占混合熔化液的6%。
6.根据权利要求1所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的增碳剂、硅锰合金、高碳锰铁的重量组分之比为15:6:3:3，其总重占钢熔化液的5%。
7.根据权利要求6所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的增碳剂中各元素占增碳剂重量比为C 95.45%，S 0.075%，挥发份1.6%，水分0.45，其余为难除杂质。
8.根据权利要求1所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的无氧条件为，采用体积分数之比为6:4的氩气和氪气的混合气体。
9.根据权利要求8所述的一种耐蚀钢筋的生产工艺，其特征在于：所述的无氧条件中的电场为在钢筋粗品上，将两端分别通过导线连接20V的电源，电流为10A，同时导电液为质量分数为15%的氯化铝溶液。
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