光谱标样用钢生产工艺及其浇注装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种光谱标样用钢生产工艺及其浇注装置，在中频炉内通过冶炼前优化加料顺序、过程中熔渣脱氧、合金化分批分类加入等工艺，冶炼出成分合格的标样用钢；在浇注过程中控制钢水浇注温度和浇注装置烘烤，在水平浇注装置上浇注出组织致密无疏松、缩孔等缺陷的铸锭；在凝固结晶过程中快速冷却，减少铸锭凝固过程中造成的偏析。该工艺的冶炼周期控制在2.5小时内，特别适合于大批量合金元素的标样用钢；生产的铸锭致密、无疏松缩孔，大幅提高了产品的产量和质量；铸锭的快冷工艺使钢中成分偏析大幅降低，整个生产工艺解决了多达20多项元素的标样用钢的成分控制和成分偏析两大难题，对冶金标样用钢的生产具有重要的实用价值。
【专利说明】光谱标样用钢生产工艺及其浇注装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于光谱标样用钢，具体地指一种光谱标样用钢生产工艺及其浇注装置。
【背景技术】
[0002] 2013年我国钢铁产品年产量已突破9亿吨，过程和产品均需光谱快分，因此冶金 生产时刻离不开光谱标样。加上目前产品更新换代较快，生产中对冶金光谱标样的需求越 来越多、质量越来越高，很多高端的光谱标样需要进口。
[0003] 目前硅钢等新牌号高端产品对光谱标样需求较大，特别对于多元素、含量覆盖范 围较宽的成套光谱标样，预计单套价格突破了 6千元。根据生产一炉500kg标样钢制作150 套光谱标样计算，单炉的产值达到90万元。
[0004] 此类光谱标样元素要求元素多，成分均匀性好，元素覆盖范围宽，梯度较好，同时 要做到组织致密，不得有任何沙眼、裂纹缩孔、疏松等缺陷。光谱标样钢的制造工艺为：熔 炼一铸造一轧制或锻造一机加工成型。在生产过程中由于元素多、同时组织性能要求高等 因素，存在成分较难控制、成分偏析、组织裂纹缩孔缺陷等难题集中在熔炼和铸造过程中。 这些难题造成了目前标样需求量大，同时生产企业少等矛盾，如果能利用目前工艺设备研 发出一套多元素光谱标样的生产工艺，将具有巨大的经济效益和工业应用价值。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明针对高标标样用钢中存在的冶炼难题，提供一种光 谱标样用钢生产工艺及其浇注装置，以提高产品成分命中率，利用特定的铸造模具，浇注出 成分均匀，无缩孔疏松缺陷的标样钢铸锭。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供的光谱标样用钢生产工艺，它包括如下步骤：
[0007] 1)标样钢用浇注装置的锭模为内径小于200mm、长度和外径比>3的组合式铸铁结 构，用以加快钢液的凝固结晶速度；采用水平式浇注铸锭，同时锭模与水平面呈倾角布置； 浇注装置采用的浇注漏斗和分流趟道采用粘土质材料制成，在浇注漏斗和分流趟道内进行 钢水凝固补缩；在锭模内上表面设有用以保障钢水浇注过程顺畅的排气孔；
[0008] 2)浇注装置的浇注底盘、中注管、分流淌道和锭模装配时，接缝部位全部用高温耐 火泥密封；装配锭模时控制上部预留缝隙，用于锭模内部烘烤除湿，以及排除铸造过程中产 生的高温气体；钢水浇注前控制钢包烘烤温度大于700°C，控制浇注底盘、分流淌道和锭模 的烘烤温度大于200°C ;
[0009] 3)中频炉冶炼采用CaO-CaF2渣系，在熔炼前按照W(CaO) =W(CaF2) = 3 :1?5 :1 的配比配入；以质量分数计，底渣用量为钢液总量的2%?4%，根据目标钢种中P、S等元素 含量调整渣量，P、S含量较低时，渣量取上限；
[0010] 4)运用中频炉合金操作工艺，其步骤如下：装料一烙化一还原精炼一合金化和合 金成分分析与调整一出钢和浇注；在加入合金前对熔渣脱氧、钢液脱氧，再根据合金元素对 氧亲和力小的元素和热力学化学性质排序，相近元素分类分批归类；合金化反应时先加入 对氧亲和力小的元素，再加亲和力大的元素，以缩短合金化时间；其中：
[0011] ㈧当装料原料为纯铁时，稳定性较Fe强的金属W、Ni、Cu、Mo随炉加入；当装料原 料为废钢时，熔清后取初始样，根据成分首先加入对氧亲和力小的元素；当N作为危害元素 时，控制金属Cr在钢液熔清后加入，以防止钢中N与Cr形成氮化铬造成钢液中N元素含量 过多超标；
[0012] (B)中频炉冶炼合金化前采用Si-Ca粉对中频炉氧化性顶渣扩散脱氧，使黑色氧 化性顶渣还原为白色还原渣；在顶渣为还原性气氛的渣系下，依次加入C、Si、Mn合金元素； 常规脱氧元素加入后，再加入微量元素 Sb、P、S、Bi、Sn ;取样分析加入的合金在钢中含量， 依据结果调整合金元素，在合金化末期，依次加入Al、Ti、B活泼金属；
[0013] (C)合金成分经分析合格后，达到特定钢种的出钢温度时，将钢水倾倒钢包中，钢 包对中后，在钢水温度为液相线以上60°C?KKTC时打开钢包水口进行浇注；浇注全程按 照慢一快一慢节奏控制钢水流量，在浇注末期对铸锭进行钢水补缩；
[0014] (D)钢水浇注完毕后，对铸锭表面采用水冷装置进行淋水快速冷却，以减少铸锭凝 固过程中形成的偏析。
[0015] 作为优选方案，所述步骤3)中，W(CaO) :w(CaF2) = 4 :1?5 :1 ;以质量分数计，底 渣用量为钢液总量的3%。
[0016] 进一步地，所述步骤（C)中，钢包对中后，在钢水温度为液相线以上80°C时打开钢 包水口进行浇注。
[0017] 更进一步地，所述步骤2)中，采用组合式锭模装配时控制预留的上部缝隙长度为 30mm ?100mm，宽度为 Imm ?3mm。
[0018] 本发明还提供一种为实现上述生产工艺而设计的光谱标样用钢浇注装置，其特征 在于：包括漏斗、中注管、设有一个入口和若干出口的分流淌道、耐火砖层、浇注底盘、若干 设有排气孔的锭模、以及位于锭模上方的水冷装置；
[0019] 所述漏斗和中注管设置在中间，所述分流淌道、锭模和水冷装置沿周向布置，所述 锭模与水平面呈倾角布置；
[0020] 所述中注管的上下两端分别与漏斗的底部和分流淌道的入口连接；所述分流淌道 的每个出口分别与一个锭模的进口连接；所述耐火砖层位于分流淌道的下方，所述浇注底 盘位于耐火砖层的下方，所述耐火砖层分别与分流淌道的外壁和浇注底盘的外壁连接。
[0021] 进一步地，所述锭模与水平面呈小于15°的倾角。
[0022] 本发明的优点如下：
[0023] 其一，本发明的生产工艺，合金分批分类加入，操作简便顺畅，冶炼周期控制在2. 5 小时内，特别适合于大批量合金元素标样用钢。此外，由于采用了良好的造渣、扒渣、造还原 渣等工艺，钢中危害元素 P、S和气体元素可以控制在较低含量，同时由于熔渣扩散脱氧、钢 液沉淀脱氧，钢中合金元素的收得率较高。有利于降低原料消耗，提高品质命中率。
[0024] 其三，本发明的生产工艺采用的组合式锭模浇注标样钢铸锭，铸锭致密，无疏松缩 孔等缺陷，大幅提高了产品质量和材料利用率。此外，由于锭模采用高宽度比设计利于铸锭 快速冷却，同时由于外围水冷快速降温作用，铸锭内的元素偏析大幅降低。
[0025] 其三，本发明的生产工艺采用中频感应炉冶炼标样钢，可以满足很多企业单位拥 有中频炉开展标样钢的生产工作，目前500kg数量级以上真空感应炉设备成本大幅高于中 频炉，利用现有中频炉就可以冶炼出高难标样钢。因此，采用中频感应炉冶炼标样钢具有重 要的实际应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是本发明浇注装置的结构示意图。
[0027] 图中：1、漏斗，2、中注管，3、分流和淌道砖，4、耐火砖，5、浇注底盘，6、排气孔，7、锭 模，8、水冷装置。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
[0029] 如图所示的光谱标样用钢浇注装置，包括漏斗1、中注管2、设有一个入口和若干 出口的分流淌道3、耐火砖层4、浇注底盘5、若干设有排气孔6的锭模7、以及位于锭模7上 方的水冷装置8 ;
[0030] 漏斗1和中注管2设置在中间，分流淌道3、锭模7和水冷装置8沿周向布置，锭模 7与水平面呈倾角布置；
[0031] 中注管2的上下两端分别与漏斗1的底部和分流淌道3的入口连接；分流淌道3 的每个出口分别与一个锭模7的进口连接；耐火砖层4位于分流淌道3的下方，浇注底盘 5位于耐火砖层4的下方，耐火砖层4分别与分流淌道3的外壁和浇注底盘5的外壁连接。 锭模7与水平面呈小于15°的倾角。
[0032] 实施例一：
[0033] (1)本实施例的1#标样钢成分见表1。成分中碳要求小于0. 006%，对于此类超低 碳钢，在中频炉冶炼过程中要求严格控制增碳环节，例如合金种类要求加入低碳合金，钢液 搅拌用钢筋要用纯铁搅拌，减少测温次数，测温枪用纸筒测温后快速抽出钢液。
[0034] 表I 1#标样钢成分控制要求
[0035]
【权利要求】
1. 一种光谱标样用钢生产工艺，它包括如下步骤： 1) 标样钢用浇注装置的锭模（7)为内径小于200mm、长度和外径比>3的组合式铸铁结 构，用以加快钢液的凝固结晶速度；采用水平式浇注铸锭，同时锭模（7)与水平面呈倾角布 置；浇注装置采用的浇注漏斗（1)和分流趟道（3)采用粘土质材料制成，在浇注漏斗（1)和 分流趟道（3)内进行钢水凝固补缩；在锭模（7)内上表面设有用以保障钢水浇注过程顺畅 的排气孔（6); 2) 浇注装置的浇注底盘（5)、中注管（2)、分流淌道（3)和锭模（7)装配时，接缝部位全 部用高温耐火泥密封；装配锭模（7)时控制上部预留缝隙，用于锭模（7)内部烘烤除湿，以 及排除铸造过程中产生的高温气体；钢水浇注前控制钢包烘烤温度大于700°C，控制浇注 底盘（5)、分流淌道（3)和锭模（7)的烘烤温度大于200°C ; 3) 中频炉冶炼采用Ca〇-CaF2渣系，在熔炼前按照w(CaO) :w(CaF2) = 3 :1?5 :1的配 比配入；以质量分数计，底渣用量为钢液总量的2%?4%，根据目标钢种中P、S等元素含量 调整渣量，P、S含量较低时，渣量取上限； 4) 运用中频炉合金操作工艺，其步骤如下：装料一熔化一还原精炼一合金化和合金成 分分析与调整一出钢和浇注；在加入合金前对熔渣脱氧、钢液脱氧，再根据合金元素对氧亲 和力小的元素和热力学化学性质排序，相近元素分类分批归类；合金化反应时先加入对氧 亲和力小的元素，再加亲和力大的元素，以缩短合金化时间；其中： (A) 当装料原料为纯铁时，稳定性较Fe强的金属W、Ni、Cu、Mo随炉加入；当装料原料为 废钢时，熔清后取初始样，根据成分首先加入对氧亲和力小的元素；当N作为危害元素时， 控制金属Cr在钢液熔清后加入，以防止钢中N与Cr形成氮化铬造成钢液中N元素含量过 多超标； (B) 中频炉冶炼合金化前采用Si-Ca粉对中频炉氧化性顶渣扩散脱氧，使黑色氧化性 顶渔还原为白色还原渔；在顶渔为还原性气氛的渔系下，依次加入C、Si、Mn合金元素；常规 脱氧元素加入后，再加入微量元素Sb、P、S、Bi、Sn ;取样分析加入的合金在钢中含量，依据 结果调整合金元素，在合金化末期，依次加入Al、Ti、B活泼金属； (C) 合金成分经分析合格后，达到特定钢种的出钢温度时，将钢水倾倒钢包中，钢包 对中后，在钢水温度为液相线以上60°C?KKTC时打开钢包水口进行浇注；浇注全程按照 慢一快一慢节奏控制钢水流量，在浇注末期对铸锭进行钢水补缩； (D) 钢水浇注完毕后，对铸锭表面采用水冷装置（8)进行淋水快速冷却，以减少铸锭凝 固过程中形成的偏析。
2. 根据权利要求1所述的光谱标样用钢生产工艺，其特征在于：所述步骤3)中， w(CaO) :w(CaF2) = 4 :1?5 :1 ;以质量分数计，底渣用量为钢液总量的3%。
3. 根据权利要求1或2所述的光谱标样用钢生产工艺，其特征在于：所述步骤（C)中， 钢包对中后，在钢水温度为液相线以上80°C时打开钢包水口进行浇注。
4. 根据权利要求1或2所述的光谱标样用钢生产工艺，其特征在于：所述步骤2)中， 采用组合式锭模装配时控制预留的上部缝隙长度为30mm?100mm，宽度为1mm?3mm。
5. -种为实现权利要求1所述生产工艺而设计的光谱标样用钢浇注装置，其特征在 于：包括漏斗（1)、中注管（2)、设有一个入口和若干出口的分流淌道（3)、耐火砖层（4)、浇 注底盘（5)、若干设有排气孔（6)的锭模（7)、以及位于锭模（7)上方的水冷装置⑶； 所述漏斗（1)和中注管（2)设置在中间，所述分流淌道（3)、锭模（7)和水冷装置（8) 沿周向布置，所述锭模（7)与水平面呈倾角布置； 所述中注管（2)的上下两端分别与漏斗（1)的底部和分流淌道（3)的入口连接；所述 分流淌道（3)的每个出口分别与一个锭模（7)的进口连接；所述耐火砖层（4)位于分流淌 道（3)的下方，所述浇注底盘（5)位于耐火砖层（4)的下方，所述耐火砖层（4)分别与分流 淌道（3)的外壁和浇注底盘（5)的外壁连接。
6.根据权利要求5所述的光谱标样用钢浇注装置，其特征在于：所述锭模（7)与水平 面呈小于15°的倾角。
【文档编号】G01N1/28GK104384460SQ201410629856
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】岳江波, 陈子宏, 李峰, 刘念, 曾永龙, 汪波 申请人:武汉钢铁(集团)公司