本发明涉及金属冶炼技术领域，具体的说是一种采用预熔精炼渣炉外精炼14cr1mo合金钢的方法，适用于炼钢二次精炼在钢包内造渣精炼作业。
背景技术：
14cr1mo合金钢为压力容器类用钢，对缩孔、疏松、偏析、非金属夹杂、白点有较高的敏感性，改进冶炼工艺对提升钢材质量起着重要作用。目前炼钢普遍采用炉外精炼技术，将炼钢过程中脱氧、脱硫、降低气体，减少夹杂物、调整钢的成分和温度等工作全部或部分转移到钢包炉中完成，以求获得洁净的钢，并取得高产、优质、低成本的良好效果。诸多精炼工艺中，合成渣精炼凭借去除钢中有害元素和吸纳钢中杂物等功能，得到了广泛的应用及发展。
很多企业使用简单混合型精炼渣进行合金精炼。这种精炼渣是由要求的各类原料（如石灰，矾土、萤石等）按比例机械混合而成，其原料来源十分广泛且价格低廉，生产工艺也较简单。但简单混合型精炼渣的熔化温度较高（约1440℃），熔化过程中会消耗大量的冶金材料和电能，高温钢液体对炉衬产生侵蚀，容易使炉龄降低。简单混合型精炼渣组分比重的差异容易引起成分偏析、易水化、性能不稳定等问题，十分影响钢水精炼的效果，造成钢产品质量不符合要求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种采用预熔精炼渣炉外精炼14cr1mo合金钢的方法，能够有效吸附冶炼钢过程中的有害物质，提高钢液质量，降低精炼设备的损耗。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种采用预熔精炼渣炉外精炼14cr1mo合金钢的方法，采用本方法冶炼的14cr1mo合金钢中各组分的质量百分比含量为：c0.11-0.15%、si0.50-0.65%、mn0.40-0.55%、p≤0.007%、s≤0.005、cr1.15-1.50%、mo0.45-0.60%、ni≤0.20%、cu≤0.15、v≤0.010%、ti≤0.010%、nb≤0.010%、al0.015-0.35%、as≤0.010%、sb≤0.0025%、sn≤0.010%、h＜2ppm、o＜20ppm、n＜80ppm；
本方法包括以下步骤：
步骤一、电弧炉冶炼炉料包括碳素废钢、铬钼废钢，钢屑入炉比例＜5%，配碳量0.70-0.80%，在氧化温度≥1580℃，脱碳量≥0.40%，钢液中c的质量百分比含量≤0.07%、p的质量百分比含量≤0.002%，钢水进行预脱氧合金化处理后出钢；出钢质量达到1/3时，钢包中每吨钢水加入铝饼1.2kg、预熔精炼渣0.001kg；出钢质量达到1/2时，钢包中每吨钢水加入硅铁1.5kg，按各组分质量百分比范围的下限加入mn-fe、cr-fe、mo-fe合金；出钢质量达到2/3时，钢包中按每吨钢水计加入石灰450kg；
步骤二、钢包进入lf炉，座包后喂入铝线，使冶炼过程中铝的质量百分比含量为0.03-0.055%；根据实际工况加入适量萤石，每吨钢水加入用sic粉1.0-1.5kg、铝屑0.8-1.2kg进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛；钢包入lf炉后10min形成白渣，渣白、温度≥1580℃时取样分析，根据分析结果调整成分；冶炼过程铝控制稳定后，按照每吨钢2m的量喂入硅钙线；纯精炼时间≥20min后入vd炉；lf炉冶炼过程根据渣的粘稠程度加入石灰、萤石保持渣的良好流动性，每吨钢水渣量20-22kg，白渣保持时间≥40min，lf炉吊包温度为1680-1690℃；
步骤三、吊包进入vd炉冶炼，vd炉内极限真空度≤67pa，极限真空保压时间≥20min，vd炉后氩气软吹≥15min，vd炉内吊包温度为1570±5℃；得到精炼后的14cr1mo合金钢钢水，钢水中硫元素的质量百分比含量＜0.002%，脱硫率达到90%。
优选的，所述预熔精炼渣是以7al2o3·12cao为主的铝酸钙物质，其成分以质量百分比计包括al2o330-40%、cao45-55%、mgo＜3%、fe2o3＜3%、sio2＜6%、n2＜200ppm，质量百分比80%以上的预熔精炼渣的粒度为10-30mm，其余预熔精炼渣的粒度大于30mm。
优选的，所述预熔精炼渣的制备方法为将充分干燥后的活性石灰、镁砂、铝灰及工业试剂按组分配比，粉碎成2mm以下的碎料，混匀后预熔，预熔温度为1350℃-1450℃，熔化均匀后出炉冷却，破碎并再次加工，粒度保持在10mm以下，在防潮袋中保持干燥待用。
本发明采用的预熔精炼渣具有熔化快、气体含量低、活性度高、造渣速度快、白渣出现早、熔化后具有较好的流动性的特点，在钢水出炉时加入预熔精炼渣进行炉外精炼，能够吸附钢液中大部分的脱氧、脱硫产物，提高钢液质量，缩短精炼时间，降低炼钢成本，生产出特级优质钢。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例，以45吨lf精炼炉进行试验，对本发明做进一步详细的说明。
实施例
一种采用预熔精炼渣炉外精炼14cr1mo合金钢的方法，采用本方法冶炼的14cr1mo合金钢中各组分的质量百分比含量为：c0.11-0.15%、si0.50-0.65%、mn0.40-0.55%、p≤0.007%、s≤0.005、cr1.15-1.50%、mo0.45-0.60%、ni≤0.20%、cu≤0.15、v≤0.010%、ti≤0.010%、nb≤0.010%、al0.015-0.35%、as≤0.010%、sb≤0.0025%、sn≤0.010%、h＜2ppm、o＜20ppm、n＜80ppm；
本方法包括以下步骤：
步骤一、电弧炉冶炼炉料包括碳素废钢、铬钼废钢，钢屑入炉比例＜5%，配碳量0.70-0.80%，在氧化温度≥1580℃，脱碳量≥0.40%，钢液中c的质量百分比含量≤0.07%、p的质量百分比含量≤0.002%，钢水进行预脱氧合金化处理后出钢；出钢质量达到1/3时，钢包中每吨钢水加入铝饼1.2kg、预熔精炼渣0.001kg；出钢质量达到1/2时，钢包中每吨钢水加入硅铁1.5kg，按各组分质量百分比范围的下限加入mn-fe、cr-fe、mo-fe合金；出钢质量达到2/3时，钢包中按每吨钢水计加入石灰450kg；
步骤二、钢包进入lf炉，座包后喂入铝线，使冶炼过程中铝的质量百分比含量为0.03-0.055%；根据实际工况加入适量萤石，每吨钢水加入用sic粉1.0-1.5kg、铝屑0.8-1.2kg进行扩散脱氧，保持炉内还原气氛；钢包入lf炉后10min形成白渣，渣白、温度≥1580℃时取样分析，根据分析结果调整成分；冶炼过程铝控制稳定后，按照每吨钢2m的量喂入硅钙线；纯精炼时间≥20min后入vd炉；lf炉冶炼过程根据渣的粘稠程度加入石灰、萤石保持渣的良好流动性，每吨钢水渣量20-22kg，白渣保持时间≥40min，lf炉吊包温度为1680-1690℃；
步骤三、吊包进入vd炉冶炼，vd炉内极限真空度≤67pa，极限真空保压时间≥20min，vd炉后氩气软吹≥15min，vd炉内吊包温度为1570±5℃；得到精炼后的14cr1mo合金钢钢水，钢水中硫元素的质量百分比含量＜0.002%，脱硫率达到90%。
本实施例制备的预熔精炼渣采用的原料如下：
活性石灰的化学组成以质量百分比计为：100%＞cao≥90%，5%≥mgo＞0,2.5%≥sio2＞0，其余为微量杂质；
镁砂的化学组成以质量百分比计为：100%＞mgo≥90%，5%≥cao＞0,3%≥al2o3＞0，1%≥sio2＞0，其余为微量杂质；
铝灰的化学组成以质量百分比计为：100%＞al2o3≥90%，5%≥cao＞0,3%≥mgo＞0，1%≥sio2＞0，其余为微量杂质。
将上述原料在150℃下烘烤干燥后称量，以质量百分比计按照活性石灰50%，铝灰45%，镁砂3%的配比进行配料。将所有原料破碎成2mm以下并机械混匀，加入钢包内加热至1400℃熔化，待熔化均匀后，出炉冷却，破碎后加工，粒度保持在10mm以下，置入防潮袋待用。
制备好的预熔精炼渣是以7al2o3·12cao为主的氯酸钙物质，其成分以质量百分比计包括al2o342.25%、cao48.62%、mgo1.91%、fe2o31.08%、sio24.23%、n2＜200ppm，质量百分比80%以上的预熔精炼渣的粒度为10-30mm，其余预熔精炼渣的粒度可大于30mm。
精炼过程中预熔精炼渣渣样的化学成分以质量百分比计，包括以下组份：p2050.001%、feo0.49%、mno0.07%、cao48.86%、mgo8.15%、al2o327.15%、sio213.67%、cr2o30.21%，其余为fe及不可避免的杂质。计算出渣样的碱度为3.57。
对比例
采用硅灰石粉进行炉外精炼14cr1mo合金钢的方法，它包括以下步骤：
电弧炉冶炼炉料包括优质碳素废钢、铬钼废钢，钢屑入炉比例＜5%，配碳量0.70-0.80%。氧化温度≥1580℃，脱碳量≥0.40%，钢液c≤0.07%、p≤0.002%时，可出钢。
电弧炉出钢过程每吨钢水加铝饼1.5kg,硅钙块0.5kg，钢包中按nb/t47008-2010标准要求的14cr1mo钢成分下限加入mn-fe、cr-fe、si-fe合金；造渣材料：每吨钢水加入石灰10-15kg、萤石2-3kg。
lf炉座包后每吨钢水喂铝线0.4kg，用c粉1.0-1.5kg，si-fe粉1-2.5kg加铝屑扩散脱氧，保持炉内还原气氛。渣白取样分析，根据分析结果按内控成分调整成分。整个冶炼过程根据渣的粘稠程度加入石灰、萤石保持渣的良好流动性。白渣保持时间≥40min。按钢水残铝量喂al线，喂硅钙线。lf炉吊包温度1680-1690℃。vd炉极限真空度≤67pa，极限真空保压时间≥20min。氩气软吹＞8min。吊包温度1575-1585℃。
本对比例中硅灰石粉的成分以质量百分比及包括以下组份：cao、43.71%，mgo、2.31%，fe2o3、0.37%，al2o3、0.59%，sio2、51.26%，硅灰石粉的粒度为32.5mm。
精炼过程中渣样的化学成分以质量百分比计包括以下组份：p205、0.005%，feo、0.63%，mno、0.09%，cao、52.08%，mgo、11.26%，al2o3、25.5%、sio2、9.2%，cr2o3、0.38%，其余为fe及不可避免的杂质。计算出渣样的碱度为5.57。
精炼后钢液的化学成分以质量百分比计包括以下组份：c、0.14%，si、0.65%，mn、0.42%，p、0.005%，s、0.006%，ni、0.15%，cr、1.40%，mo、0.45%，as、0.014%，sn、0.003%，sb≤0.001%。
从以上结果可知，采用本发明的所述的精炼方法，14cr1mo合金钢钢液中硫、氧及其他夹杂物的含量都较采用普通硅灰石粉精炼的14cr1mo合金钢钢液有明显降低，精炼过程中渣的碱度适宜，脱氧、吸附夹杂物的效果好，且流动性强。
将上述两种14cr1mo合金钢成品退火后切片送检做金相检测，参考gb/t10561-2005、gb/t6394-2002其晶粒度及非金属夹杂物评定结果如下：
执行标准中的b法评定五类夹杂物，结果采用预熔精炼渣冶炼的14cr1mo合金钢钢锭切片a、0，b、0，c、0，d、0.5，ds、0各类夹杂物均不大于0.5级，采用硅灰石粉冶炼的14cr1mo合金钢钢锭切片a、0.5，b、0.5，c、0.5，d、1.5，ds、0.5各类夹杂物均不大于1.5级，根据gb/t6394-2002标准测定钢锭切片中铁素体晶粒度，采用预熔精炼渣冶炼的14cr1mo合金钢钢锭切片铁素体晶粒度等级为7.5，采用硅灰石粉冶炼的14cr1mo合金钢钢锭切片铁素体晶粒度等级为7.0，两者均满足标准要求，但采用预熔精炼渣冶炼的14cr1mo合金钢钢锭夹杂物含量明显低于采用硅灰石粉冶炼的14cr1mo合金钢钢锭，本发明采用的预熔渣能够有效地降低夹杂物含量。
宏观检测执行gb/t1979-2001评定，采用预熔精炼渣冶炼的14cr1mo合金钢钢锭一般疏松等级：1.0，中心疏松等级：＜1.0，锭型偏析：＜1.0，达到特级优质钢标准。采用普通硅灰石粉冶炼的14cr1mo合金钢钢锭一般疏松等级：1.0，中心疏松等级：2.0，锭型偏析等级：2.0，达到高级优质钢标准。