CN111926149A - 一种去除钢水中夹杂物的rh精炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，本发明在RH真空前、中期进行底吹氮气操作，RH提升气体为氮气，控制钢水中的脱氮路径，避免钢水中氮元素从气泡中去除，使真空处理过程中析氮和增氮过程同时进行，确保有足够的氮元素以夹杂物为核心从钢水中析出，同时利用RH精炼过程中钢水不断置换更新的条件，以达到稳定去除钢水中夹杂物的效果。其中小尺寸夹杂物数量去除量达90％以上，显著提高钢水的洁净度，同时可以低成本稳定连续生产。

Description

一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金精炼领域，尤其涉及一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法。用于对夹杂物要求严格的高品质特殊钢，包括轴承、弹簧、帘线钢等优质工业线材的RH精炼生产过程中，可显著降低钢中夹杂物的数量(尤其是小尺寸夹杂物)，提升产品的质量。

背景技术

非金属夹杂物是影响轴承、弹簧、帘线等高品质特殊钢疲劳寿命的重要因素，钢中非金属夹杂物的数量、尺寸是衡量产品质量的重要指标。在现有高品质特殊钢的生产工艺流程中，对非金属夹杂物的控制大多通过LF、RH或者VD等环节精炼处理，而常规的LF、RH或者VD等精炼工艺难以满足高品质特钢对夹杂物的要求，生产效率和产品质量之间的矛盾严重。

利用钢水中气泡去除夹杂物已被冶金学者研究和应用，但通过外部吹入钢水中的气体形成气泡尺寸较大，而且分布不均匀，吸附夹杂物能力有限，去除夹杂物效果不佳。目前有较多专利给出了利用在钢中析出微小气泡来除去非金属夹杂物的方法，主要操作要点是首先对钢液进行增氮或者增氢处理，然后再通过对钢液进行真空处理，使钢液中以夹杂物为核心析出气泡，以达到除去夹杂物的效果。主要涉及专利有：2015年3月11日公开的公开号为CN104404205A的一种增氮析氮法去除钢液中显微非金属夹杂物的方法，2016年7月20日公开的公开号为CN 105779699 A的利用溶解气体上浮法去除金属夹杂物的方法及增压真空感应炉精炼装置，2016年11月9日公开的公开号CN 106086315 A的一种在钢液中生成微小气泡的方法。以上专利虽然可以起到降低钢中非金属夹杂物的效果，但存在以下几个方面的问题：1、对高温液态钢水增氢(吹入氢气、焦炉煤气、天然气)的操作存在较大的安全隐患，对设备的密封性能和日常的气体管道捡漏要求严格，增加企业管理成本；2、未考虑钢中氧和硫元素含量对钢中氮元素传质的影响，增氮和析氮的反应速率无法有效控制。3、未考虑真空脱氮过程中脱氮途径(内部析出气泡和从氩气泡中去除)与去夹杂效果的关系。目前钢水氮元素主要以三种方式去除：1)从钢液表面析出、2)从钢液氩气泡中析出、3)在钢水中以夹杂物为核心析出。其中若钢水中大部分氮元素从氩气泡中去除，将起不到去除微小夹杂物的效果，同时在钢水内部以夹杂物为核心析出的氮元素就会较少，使增氮析氮去夹杂的效果不明显。

发明内容

本发明提供一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，通过控制钢水中氮元素的去除路径，利用真空条件下，钢水氮元素以细小夹杂为核心自发析出微小氮气泡，气泡上浮后去除夹杂的原理，充分考虑真空脱氮过程中脱氮途径(内部析出气泡和从氩气泡中去除)与去夹杂效果的关系，尽可能多的使钢水中氮元素以夹杂物为核心析出微小氮气泡，气泡上浮并将夹杂物去除。

本发明具体技术方案如下：

一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，包括以下步骤：

1)在RH精炼前中期对钢水进行低真空度处理，钢包底吹和提升气体均为氮气；

2)在RH精炼后期对钢水进行高真空度处理，提升气体切换为氩气。

进一步的，要求RH进站钢水中[O]小于20ppm、[S]小于20ppm，[Cr]小于5％，Cr含量太高不利于脱氮；以上成分含量控制均为质量分数；

优选的，真空处理时所用钢包有底吹元件位于RH上升浸渍管正下方，主要作用在于保持钢水中的氮含量，同时不会对RH真空精炼过程钢水的流场产生不利影响；

进一步的，步骤1)中，RH精炼前中期(RH进站后)真空度保持在150-200Pa；

进一步的，RH进站后，打开提升浸渍管正下方的钢包底吹，底吹气体为氮气，流量为0.30-1.75NL/(min.t)，并开始进行真空处理；真空度保持在150-200Pa；

步骤1)中，提升气体为氮气，流量为5.20-7.10NL/(min.t)。

步骤1)中钢包底吹和提升气体处理是同步进行，处理时间为15-18min。

即，步骤1)中RH精炼前中期是指RH进站后进行钢包底吹和提升气体处理15-18min这段时间。

步骤1)中，在RH真空前、中期进行底吹氮气操作，RH提升气体为氮气，控制钢水中的脱氮路径，避免钢水中氮元素在提升气体所形成的气泡中析出，确保有足量的氮元素以小尺寸夹杂物为核心在钢水中自发析出上浮，以达到去除夹杂的目的。

在步骤1)处理后，关闭钢包底吹，即进入步骤2)，浸渍管提升气体切换成氩气。

步骤2)中在RH精炼后期对钢水进行高真空度处理是指真空槽真空度小于100Pa；

进一步的，步骤2)中浸渍管提升气体切换成氩气，提升气体流量在6.90-8.70NL/(min.t)，处理时间大于6min。对成品氮含量越低的钢种处理时间越长，同时因为此时钢水中[O]、[S]含量很低，处理时间不会太长，不会影响生产节奏。

进一步的，步骤2)处理过程中，对钢中S元素含量进行调整，含硫合金加入时机为破空前3-5分钟。

步骤2)中，RH精炼后期对钢水进行高真空度处理，提升气体为氩气利用真空条件使钢中氮在提升氩气泡中迅速析出，降低钢水中的氮含量，以满足钢水对氮含量的要求。

上述单位NL/(min.t)物理意义为单位时间内单位质量钢水所需要的吹气量。

本发明设计思路，若想起到去除小尺寸夹杂物的效果，则必须控制钢水中氮元素的去除路径，尽可能多的使钢水中氮元素以夹杂物为核心析出将夹杂物析出，以保证夹杂物去除效果良好且稳定。

与现有技术相比，本发明通过控制钢水中氮元素的去除路径，利用钢水中析出微小气泡去除夹杂的原理，充分考虑真空脱氮过程中脱氮途径(内部析出气泡和从氩气泡中去除)与去夹杂效果的关系，尽可能多的使钢水中氮元素以夹杂物为核心析出并将夹杂物去除。本发明在RH真空前、中期进行底吹氮气操作，RH提升气体为氮气，控制钢水中的脱氮路径，避免钢水中氮元素从(提升气体管道内的)气泡中去除，使真空处理过程中析氮和增氮过程同时进行，前期较低的真空度可有效保证钢水中的氮含量，进而保证了真空槽内有足够体积的钢水在进行脱氮反应，以及有足够的氮元素以夹杂物为核心从钢水中析出，同时利用RH精炼过程中钢水不断置换更新的条件，以达到稳定去除钢水中夹杂物的效果。后期高真空度是为了快速脱氮，达到钢种目标范围内。其中小尺寸夹杂物数量去除量达90％以上，显著提高钢水的洁净度，同时可以低成本稳定连续生产。

具体实施方式

实施例1

一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，包括以下步骤：

1)要求RH进站钢水(均为质量分数)中[O]小于20ppm、[S]小于20ppm，[Cr]小于5％(含量太高不利于脱氮)；真空处理时所用钢包需要有一个底吹元件位于RH上升浸渍管正下方；RH进站后(真空处理前中期)打开提升浸渍管正下方的钢包底吹，流量为0.30-1.75NL/(min.t)，并开始进行真空处理，真空度保持在150-200Pa，提升气体为氮气，流量为5.20-7.10NL/(min.t)，处理时间15-18min。

2)步骤1)处理后，关闭钢包底吹，进入RH真空处理后期，真空槽真空度小于100帕，浸渍管提升气体切换成氩气，提升气体流量在6.90-8.70NL/(min.t)，处理时间大于6min，若需要对钢中S元素含量进行调整可在破空前3min将含硫合金加入钢水中。

处理某厂一个浇次7炉轴承钢冶炼过程中使用上述方法，钢包钢水质量约为115±1吨，采用LF炉工序控制钢中氧、硫含量，RH工序去夹杂的操作工艺按照上述方法。其中RH精炼钢水进站及底吹情况见表1，RH工序情况见表2。生产过程中对钢水RH前后钢水中不同尺寸的夹杂物去除情况进行检验对比分析，对比结果见表3。

表1 RH精炼钢水进站及底吹情况

表中流量单位均为NL/min。

表2 RH精炼工序提升气体实施情况

采用ASPEX夹杂物分析，各炉RH精炼工序前后夹杂物数量去除情况如表3所示。

表3 RH精炼工序前后夹杂物数量去除情况表

由实施例的过程控制情况和RH精炼工序前后夹杂物去除的情况可得，本发明的过程控制和夹杂物去除效果良好，钢水洁净度和产品质量改善效果明显。

本发明通过控制钢水中氮元素的去除路径，利用真空条件下，钢水氮元素以细小夹杂为核心自发析出微小氮气泡，气泡上浮后去除夹杂的原理，充分考虑真空脱氮过程中脱氮途径(内部析出气泡和从氩气泡中去除)与去夹杂效果的关系，尽可能多的使钢水中氮元素以夹杂物为核心析出微小氮气泡，气泡上浮并将夹杂物去除。在RH真空前、中期进行底吹氮气操作，RH提升气体为氮气，控制钢水中的脱氮路径，避免钢水中氮元素从气泡中去除，使真空处理过程中析氮和增氮过程同时进行，确保有足够的氮元素以夹杂物为核心从钢水中析出，同时利用RH精炼过程中钢水不断置换更新的条件，以达到稳定去除钢水中夹杂物的效果。其中小尺寸夹杂物数量去除量达90％以上，显著提高钢水的洁净度，同时可以低成本稳定连续生产。

Claims (10)

1.一种去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，所述去除钢水中夹杂物的RH精炼方法包括以下步骤：

1)在RH精炼前中期对钢水进行低真空度处理，钢包底吹和提升气体均为氮气；

2)在RH精炼后期对钢水进行高真空度处理，提升气体切换为氩气。

2.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，要求RH进站钢水中[O]小于20ppm、[S]小于20ppm，[Cr]小于5％。

3.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，真空处理时所用钢包有底吹元件位于RH上升浸渍管正下方。

4.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，步骤1)中，RH精炼前中期真空度保持在150-200Pa。

5.根据权利要求1-4任一项所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，RH进站后，打开提升浸渍管正下方的钢包底吹,底吹气体为氮气，流量为0.30-1.75NL/(min.t)。

6.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，步骤1)中，提升气体为氮气，流量为5.20-7.10NL/(min.t)。

7.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，步骤1)处理时间为15-18min。

8.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，步骤2)中，在RH精炼后期真空槽真空度小于100Pa。

9.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，步骤2)中浸渍管提升气体切换成氩气，提升气体流量在6.90-8.70NL/(min.t)，处理时间大于6min。

10.根据权利要求1所述的去除钢水中夹杂物的RH精炼方法，其特征在于，步骤2)中，对钢中S元素含量进行调整时，含硫合金加入时机为破空前3-5分钟。