专利名称：连铸中间包喂稀土丝工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在连铸过程中向钢液内加入稀土改善钢性能的工艺，特别是一种连铸中间包喂稀土丝工艺。
背景技术：
除钙、镁以外，稀土元素加入钢中的方法有很高的要求。这主要是由于1)稀土元素燃点低，易氧化，在高温下易燃烧，在炼钢和浇注过程中很容易在尚未进入钢液前即在空气中燃烧损失；2)稀土元素的化学活性强，与熔渣接触时易与渣中的氧化物组分相互作用，自身被氧化而进入渣中。3)已经加入钢液的稀土元素与钢中的硫等作用后生成的产物，或溶在钢液中的稀土元素，在与熔渣、耐火材料接触或有机会与空气接触时，都会发生再氧化反应，使硫回到钢中而稀土元素本身则不断地再变为氧化物进入熔渣，直至消耗殆尽。
加入稀土时，上述损失实际上不可能完全避免，选择适当的加入方法，可以将稀土的损失减到尽可能小的程度。目前应用较为成熟的方法有钢包压入法、模内吊挂、连铸结晶器喂丝、钢包喂线、中注管喂丝等，其中尤以连铸结晶器喂丝法应用最普遍。七十年代末，国内已研制成功含96％RE、直径为3~5mm的稀土金属丝；八十年代初，又研制成功无级调速喂丝机，进行了连续向结晶器直接喂稀土金属丝的研究。浇注时，按铸坯拉速确定喂丝速度，可匀速定量加入稀土。实践证明，稀土回收率为70％～90％，能准确而稳定地控制加入量；另外，研究结果表明，加入稀土有效地改善了钢中硫化物夹杂形态、大小和分布；铸坯的结晶组织和硫偏析都有所改善，板坯的冲击韧性随RE/S比的增加而提高，但当RE/S＞2.5时，则开始下降，这是由于稀土作用产物绝大部分都残留在钢中的缘故。
上述向钢中加入稀土的方法可分为3类前期加入、后期加入和中期加入。前期加入指炉内和出钢过程中加入，如炉内加入、包中压入、喷粉等处理工艺；中期加入指精炼过程中加入，如钢包喂线；后期加入指浇注过程中的加入，如模内吊挂、结晶器喂丝等工艺。(1)前期加入工艺稀土主要起脱氧、脱硫作用，稀土利用率低，在钢中的分布不均匀而且稳定性差，生成的稀土产物容易聚集长大；这表明前期加入工艺，稀土没有发挥最大作用，同时稀土的损耗高，利用率低，限制了该工艺的应用。(2)中期加入工艺钢中稀土、硫的分布状况较好，钢的组织、性能得到明显改善，稀土在钢中具有较好的脱氧、脱硫及净化钢液的作用，存在于钢中的固溶态稀土，具有微合金化的功能。该工艺处理的试验钢由于具备有较好的动力学条件(氩气搅拌等)，加速了稀土夹杂的去除及稀土在钢中的均匀分布，达到了稳定和提高钢材质量的目的，由于钢中生成的稀土夹杂颗粒较细、分布较均匀(良好的动力学条件促使聚集长大的生成产物上浮去除)。在工艺上没有追求稀土的高回收率，因为稀土回收率高并不能表明处理效果好，这是由于钢中稀土大部分是以稀土夹杂的形式存在，回收率高实际表明的是钢中稀土夹杂含量高，工艺上所追求的是有效利用率高、固溶稀土的微合金化效果及良好的工艺处理效果，因此该工艺在特殊钢中尤其是高质量钢及纯净钢中的应用前景十分广阔。(3)后期加入工艺稀土在钢中主要起变质夹杂的作用，稀土回收率高，但生成的产物基本不能去除，而且稀土、硫在钢中的分布不均匀，其首要原因是稀土加入时间过迟，稀土金属没有时间充分的扩散；同时，形成的稀土夹杂物没有上浮的动力学条件，因而大量的稀土夹杂均存在于钢中。分析及试验数据表明后期加入工艺，稀土在钢中虽然能改善部分性能及变质夹杂物，但由于稀土及硫的分布状态还存在缺陷，夹杂不能去除，特别是稀土的微合金化作用未充分发挥出效果，从而影响了该工艺在高质量钢及纯净钢中的应用。
连铸结晶器喂稀土丝工艺具有稀土回收率高，易稳定、准确地控制稀土加入量等优点，但该法存在如下缺点(1)稀土加入时间迟，稀土在结晶器中没有时间充分扩散，也没有能使夹杂上浮的动力学条件，所以稀土反应产物绝大部分都残留在钢中而不能去除；(2)稀土、硫在钢坯断面上分布不均匀性，从而影响了该工艺在高质量钢及纯净钢中的应用；(3)该法对连铸坯最小厚度有一极限值要求，在中板坯上的应用将产生缺陷而导致钢板报废。如南京钢铁集团有限公司转炉厂一直采用结晶器喂稀土丝法向连铸板坯中加入稀土，以改善热轧钢板的性能，然而，在连铸坯生产中，总有相当数量的热轧钢板因表面存在龟纹和小块剥落的凹坑而报废；该法生产的中板连铸坯内弧侧1/4范围内还存在大量的卷渣缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土分布更均匀，对硫化物变质效果更好、柱状晶区及偏析区更小、夹杂物易上浮，适合不同宽厚比连铸板坯生产，钢板表面无龟纹、内部卷渣缺陷，提高含稀土钢连铸板坯的质量、废品率低的连铸中间包喂稀土丝工艺。
实现本发明目的的技术解决方案为一种连铸中间包喂稀土丝工艺，钢坯连铸过程中，钢水由钢包流入中间包，再经与中间包相连的由塞棒控制钢水流量的浸入式水口流入结晶器中，其特征在于稀土金属丝由喂丝机经钢导管引入中间包中，稀土丝穿过中间包钢液面上的覆盖渣从塞棒附近进入钢水中，稀土丝熔化后随钢水进入结晶器。
本发明的原理是与结晶器喂稀土丝工艺相比，中间包喂入的稀土丝在钢液中的熔化与溶解时间长，含有熔化稀土丝的钢液进入结晶器时具有更强的搅拌作用，因而，稀土在钢液中的分布更均匀、与钢液及其中的氧、硫、夹杂物作用更充分。所以连铸中间包喂稀土丝工艺对粘度的降低程度远大于结晶器喂稀土工艺，形成的细小夹杂物易于聚集、长大和上浮，使钢液净化，消除了连铸板坯内弧侧1/4范围内卷渣缺陷；对钢液中夹杂物的变质效果更好，这些使得连铸钢坯及其加工制品的力学性能提高幅度远大于连铸结晶器喂稀土丝工艺。
本发明与现有技术相比，其显著优点是(1)稀土分布更均匀，对硫化物变质效果更好、柱状晶区及偏析区更小、夹杂物易上浮；(2)彻底消除了结晶器喂稀土时连铸板坯内弧侧1/4范围内的卷渣缺陷及其热轧钢板的表面龟纹缺陷，大幅度降低连铸板坯的废品率和提高板坯的冲击韧性；(3)喂入的稀土丝直径大小和喂入稀土丝的速度快慢可在更大范围调整，从而可满足连铸大宽厚比板坯、薄板坯以及先进铸轧技术的稀土加入要求；(4)喂稀土丝操作更简单易行。
四
图1是本发明的中间包喂稀土丝工艺的装置示意图。
图2是本发明生产的连铸坯横断面上的冲击韧性图。
图3是本发明的连铸坯横断面上冲击韧性对比曲线图。
五具体实施例方式
结合图1、图2、图3，将本发明的中间包喂稀土丝工艺用于南京钢铁集团有限公司的16MnREL连铸板坯的生产，其步骤为钢坯连铸过程中，钢水由钢包1流入中间包2，再经与中间包相连的由塞棒4控制钢水流量的浸入式水口8流入结晶器3中，直径为3.2mm的稀土金属丝7按速度(实施方式1为14m/s；实施方式2为28m/s)由喂丝机5经钢导管6引入中间包2中，稀土丝穿过中间包2钢液面上的覆盖渣从塞棒(Φ500范围内)附近进入钢水中。稀土丝熔化后随钢水进入结晶器，在钢液的强烈搅拌作用下，稀土与钢水中的氧、硫等杂质和夹杂物充分反应，从而变质夹杂、净化钢液，提高钢的性能。
与结晶器喂稀土丝工艺、未喂稀土工艺进行对比试验，具体工艺参数如表1，其主要分析结果如表2、3，对性能的影响如图2。
表1不同喂入位置及喂速下稀土收得率(％)稀土喂入 稀土喂入量 化验含量平 收得率稀硫比位置及喂速(wt％) 均值(wt％)(％)RE/S结晶器，12m/min 0.032 0.0186 58.10.78I中间包14m/min0.047 0.0249 52.61.04II中间包28m/min 0.063 0.0341 54.11.48表2 连铸坯横断面沿窄面方向上各晶区尺寸(mm)内弧侧 中心 外弧侧边界等 边界等柱状晶区 等轴晶区 柱状晶区轴晶区 轴晶区未喂稀土 8.0 70 34 60 10.0结晶器喂稀土 10.0 64 43 53 12.0II中间包喂稀土 12.0 56 55 44 15.0表3 连铸坯锻造后夹杂物形态及尺寸颗粒状硫化物条片状硫化物 球形颗粒平均最大直 最小直 平均最大长度 最小长度 所占百分喂稀土方式颗粒数 径(mm) 径(mm) 条片数(mm) (mm) 比(％)未喂稀土2.40.0077 0.0032 32.6 0.03410.00646.8结晶器喂稀土32 0.0078 0.0013 35.6 0.02710.006147.3II中间包喂稀土 36.2 0.0069 0.0017 12.2 0.02060.007274.8经生产应用实验表明，板坯连铸中间包喂稀土工艺与结晶器喂稀土丝工艺相比，稀土收得率相近，但稀土在钢中的分布却更均匀、变质效果更好，形成的稀土夹杂物更易上浮去除，并可完全避免连铸结晶器喂稀土丝工艺产生的板坯内弧侧卷渣与钢板表面缺陷，显著减小柱状晶区，减轻微观偏析，改善组织、成分的均匀性，大幅度提高钢的性能。
权利要求
1.一种连铸中间包喂稀土丝工艺，钢坯连铸过程中，钢水由钢包[1]流入中间包[2]，再经与中间包相连的由塞棒[4]控制钢水流量的浸入式水口[8]流入结晶器[3]中，其特征在于稀土金属丝[7]由喂丝机[5]经钢导管[6]引入中间包[2]中，稀土丝穿过中间包[2]钢液面上的覆盖渣从塞棒附近进入钢水中，稀土丝熔化后随钢水进入结晶器。
2.根据权利要求1所述的连铸中间包喂稀土丝工艺，其特征在于稀土金属丝[7]直径为1～5mm。
3.根据权利要求1或2所述的连铸中间包喂稀土丝工艺，其特征在于稀土金属丝按10～50m/s的速度引入中间包[2]。
4.根据权利要求1或2所述的连铸中间包喂稀土丝工艺，其特征在于稀土金属丝[7]距塞棒[4]的距离在500mm范围内。
全文摘要
本发明涉及一种向钢液内加入稀土的连铸中间包喂稀土丝工艺。钢坯连铸过程中,钢水由钢包流入中间包,再经与中间包相连的由塞棒控制钢水流量的浸入式水口流入结晶器中,稀土金属丝由喂丝机经钢导管引入中间包中,稀土丝穿过中间包钢液面上的覆盖渣从塞棒附近进入钢水中,稀土丝熔化后随钢水进入结晶器。本发明与现有技术相比,稀土分布更均匀,对硫化物变质效果更好、柱状晶区及偏析区更小、夹杂物易上浮,彻底消除了结晶器喂稀土时连铸板坯内弧侧1/4范围内的卷渣缺陷及其热轧钢板的表面龟纹缺陷,大幅度降低连铸板坯的废品率和提高板坯的冲击韧性,喂入的稀土丝直径大小和喂入稀土丝的速度快慢可在更大范围调整,从而可满足连铸大宽厚比板坯、薄板坯以及先进铸轧技术的稀土加入要求,喂稀土丝操作更简单易行。
文档编号B22D11/108GK1363439SQ0112700
公开日2002年8月14日 申请日期2001年7月20日 优先权日2001年7月20日
发明者张雪松, 陈 光, 颜银标, 黄一新, 姚永宽 申请人:南京理工大学, 南京钢铁集团有限公司