一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法

专利名称：一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法。
背景技术：
我国是世界钢产量第一的钢铁大国，但钢材品种、质量与国外先进水平还有相当大的差距，仍有相当数量的钢材需要进口。现代化的钢材产品研发过程，研发人员期望用几百公斤，几十公斤，甚至十几公斤重量的试样代替几十吨重的钢坯，用小规模的冶轧实验设备代替庞大的冶轧生产设备，用这种小规模的冶轧中试实验创新平台来反映大规模的钢材生产现场的真实情况。需要建设并依托这样一个小规模的冶轧中试实验创新平台进行新产品研发，以小试样，在严格控制的实验条件下，进行模拟工业条件的冶轧中试实验。通过冶轧中试实验创新平台开展冶炼、热轧、冷轧和深加工工序的试验模拟，不仅能够有效规避风险，做到产品研发低成本、高效率，还有利于深入开展前沿、重大、共性、基础技术研究，提升原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力，切实打造一批核心技术和拳头产品。冶轧中试实验创新平台，主要由炼钢、轧钢、后处理等部分构成，是多功能、组合型的中试实验研究设备，模拟和再现现代化冶炼、轧制及深加工过程，超越现有轧制过程的中试研究平台，为“板管轨线”钢材新产品开发模拟轧制板状试样，保证轧制技术、装备和产品研发实验结果的可控性和可靠性。`冶轧中试实验创新平台是科技成果向生产领域转化的重要桥梁，是科研与生产结合的关键环节，是实现产业化的瓶颈与接口，是依靠科技促进企业转型升级的重要举措。冶轧中试实验创新平台对钢铁企业生产流程优化、产品升级和市场竞争力提高起着重要的基础性支撑作用，因此，目前国内外许多钢铁企业已在大力推动冶轧中试实验创新平台建设。这既是钢铁企业科技创新中一项具有普适性、基础性的工作，也是事关钢铁企业效率、质量、成本的共性研究课题，对提高企业的竞争力意义重大。|丐处理钙处理是指在钢水中加入钙系合金对钢液中的夹杂物进行形态控制的技术。钙处理是将钢液脱氧、脱硫到极低水平、控制氧化物、硫化物夹杂变性的重要方法。用钙来控制钢材产品的氧化物、硫化物夹杂的形状、尺寸和分布，所获得的含钙夹杂物即使经过后续的热加工操作之后仍将保持其球形，因而防止了链状氧化物、长条状硫化物的形成，钢材产品性能的各向异性得以大幅度减小，尤其是可提高产品Z向、横向的延展性。钙处理的优点是工艺的灵活性强、可提高钢液的清洁度、减少水口堵塞的发生频率、提高钢材产品的可加工性、延展性和冲击性能。只有让钙最大限度地加入钢液中，才能够提高钙处理效率，降低钙处理成本。因此，钢包喂包芯线的钙处理工艺稳定性是一个重要的研究课题，仍然需要进行大量的实验研究，持续优化喂线工艺，精确控制以提高钙的收得率。
钢包精炼法在炼钢生产中已经应用十分普遍，钢包精炼后的二次氧化和温度降低会生成脱氧产物，从而形成夹杂物悬浮于钢液中，这在炼钢生产中几乎是不可避免的。夹杂物的种类对产品性能的影响已经研究得较为清楚，为了防止对产品有坏影响的夹杂物残留在钢中，或者为了把不得已残留在钢中的夹杂物转变为对产品性能无害的夹杂物(夹杂物的无害化)，夹杂物的形态控制业应运而生。钙处理对Al2O3夹杂物的变性铝脱氧的钢中存在的氧化铝夹杂物多数熔点很高，在连铸温度下呈固态，很容易在中间包水口处聚积引起堵塞。而且残留在钢中的Al2O3夹杂物与钢的基体相比呈硬脆性，在轧制过程很容易被破碎并且延轧制方向连续分布，从而造成严重的缺陷。Al2O3系夹杂物的密度比钢液密度小，如果能够控制铝脱氧产物的形态使其在炼钢连铸温度下呈液态，就可以使大量的这类脱氧产物在进入中间包之前从钢液中上浮去除，不仅可以减轻中间包水口堵塞问题保证·连铸顺利进行，而且可以增加钢的清洁度、改善钢的质量。钙处理是在钢液中加入钙使其与钢中铝氧化物形成CaO-Al2O3系化合物，从而达到了对Al2O3夹杂物的改性。钙处理对MnS夹杂的变性处理MnS与钢基体的物理性质如膨胀系数不同，二者相差较大。在夹杂物区域范围内，由于膨胀系数的差异而形成了一种所谓的预破坏区，这对断裂的发生和发展有着决定性作用。轧管过程中，管坯中的团状或块状MnS沿轧管的纵向延伸变形，形成条状夹杂物，变形的MnS与钢基体增加了界面，由于二者的膨胀量不同，则冷却时收缩量也不同，这样MnS与钢基体界面间就产生了内应力，减弱了二者间的结合力，所以微小的应变就能在界面间形成空洞，空洞间的横向间距很小，当超过极限应变范围时，就发生空洞的聚合，引起塑性开裂。另外，MnS夹杂与钢基体由于膨胀系数不同而引起的间隙易容纳氢，成为氢的陷阱，增加氢致裂纹的敏感性；MnS夹杂与基体由于膨胀系数不同而引起的间隙易成为应力腐蚀的开裂源、导致腐蚀孔的形成等。所以控制MnS的形态和组成十分重要。Ca处理不仅能控制Al2O3的形态和组成，也能控制MnS的形态和组成。无论钢中Al量如何，只要加入Ca，一般生成球形或团状CaS或(Ca、Mn) S，避免了枝晶状MnS的形成。钙处理工艺喂线(丝)前S含量的控制要求在钢包炉精炼过程中，对钢水进行喂Ca线处理具体按如下要求进行控制:w[S]< 0.005%时按 550g/t 钢加入 CaSi 线，w[S] > 0.005%时按 700g/t 钢加入 CaSi 线。一般来说进行钙处理之前应该把硫脱到0.01%以下，否则对钙的消耗较大，同时也会生成较多的高熔点的硫化钙。喂线(丝)前吹氩及吹氩量LF内吹気，主要目的是促进钢液的脱氧、脱硫、均匀钢水成分和温度，促使钢中夹杂物上浮。但如果设计不合理，操作不当，不仅达不到效果，反而会带来负面影响。如喷吹气量较小或喷嘴位置设计不合理，钢的搅拌效果差，反应动力学条件不好，会达不到理想精炼效果；喷吹气量过大，易造成钢液面裸露，也极易形成卷渣，同时也增加氩气的消耗和成本。喂线(丝)的位置、深度、速度及喂线(丝)时的吹氩合理强度控制。喂线过程“同时吹氩”已经成为大多数人的共识，但是喂线前吹氩更加有利于钢液的混匀，有利于喂线时钙的充分利用。喂线(丝)的深度速度及喂线(丝)时的吹氩合理强度控制为了保证喂入的钙线熔化后能够在在钢包中均匀分布，要求喂线位置必须在钢包中搅拌动能最大的位置上。而氩气柱所在位置上方正好是整个钢包中搅拌动能最大的位置，所以应该把钙线插入到此位置上，即丝线插入位置应与透气砖在同一水平位置上。喂线(丝)后的吹氩净化钢包喂线后应进行吹氩，使遗留在钢液中的反应产物由搅拌聚合而上浮到渣层中，但又必须防止钢渣的卷入。因此要保证一定的吹氩时间，同时还要控制氩气流量，以钢水微翻为宜。钢包喂线之后，不允许再进行加热调温或添加其它合金，缓缓搅动2 3min然后连铸。钙处理并不是一种新技术，但是它却在新的历史时期焕发出了新的活力。伴随着近终型连铸的发展，钙处理在钢厂生产中扮演着越来越重要的角色。钙处理设备简单，操作方便，运行成本低，所以几乎所有的连铸厂都配备了钙处理设备。然而虽然钙处理技术很早就投入实用，但如何精确得控制它以更好的应用于生产中却一直是一个值得探究的问题，其中涉及到许多求知的理论，也要求做大量的实验。随着近终型连铸对钢水质量的要求越来越高，钙处理技术的新研究必然也会提到日程上来，因此钙处理的研究和发展前景一片光明。真空感应炉冶炼实验钢的钙处理

现代化的钢材新产品、新技术研发过程，不能在生产线上用一炉近百吨至几百吨的钢水做冶炼实验实验，也不能用一块重达几十吨的钢坯做热轧实验；需要将巨大的冶金厂、复杂的冶炼、轧制和后处理工艺研究过程浓缩到一个小规模的冶轧中试实验开发平台上，通过冶轧中试实验创新平台开展冶炼、热轧、冷轧和深加工工序的试验模拟。真空感应炉作为冶轧中试实验开发平台的一部分，以小容量钢水，在严格控制的实验条件下，进行模拟工业条件下实验钢水的冶炼实验及钙处理，是一个重要的研究课题，仍然需要进行大量的实验研究，持续优化喂线工艺，精确控制以提高钙的收得率。

发明内容
本发明的目的是针对因真空感应炉的高真空、密闭条件导致钙处理在真空感应炉冶炼实验钢钢水中不能广泛应用，为克服现有真空感应炉冶炼实验钢的钙处理工艺及其材料形式的缺陷和不足，提供一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，市场应用前景广阔。一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，它包括下述的步骤:(I)把计算测量好的硅钙或铁钙包芯线数支，用细铁丝捆绑形成包芯线束，然后将包芯线束的一端用细铁丝捆绑在插入钢管或插入钢棒的一端上，再将插入钢管或插入钢棒的另一端固定在真空感应炉炉盖取样器上，将钢锭模置于高真空感应炉内；(2)把纯铁(或返回废钢)、铁合金装入真空感应炉坩埚内，硅铁、锰铁、(金属铜)、铁合金等放入多次加料斗；(3)关闭炉盖后，包芯线束即置于高真空感应炉内，抽真空12分钟至15分钟，送电加热炉料；(4)坩埚内炉料熔化；
(5)装入坩埚内及多次加料斗内的固体原料全部熔化成钢水；(6)精炼结束后，停止抽真空，并向真空炉腔体内充入氩气；(7)加入Al丸或硅钙钡脱氧；(8)根据坩埚内钢水液面状态，调整底吹氩压力，底吹氩3 8分钟；(9)在氩气保护气氛下，调整取样装置下降，将包芯线束插入坩埚内钢水液面下约1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位；(10)向坩埚内钢水插入包芯线束后，继续底吹氩I 5分钟，停止底吹氩，将钢液烧入锭模内。这种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，钙元素回收率高、夹杂少、分布均匀。包芯线束的品种可以是纯钙线、高钙线、硅钙线、铁钙线之一种。由于本发明采用了上述技术方案，本发明与传统技术相比有以下优点和效果:这种真空感应炉坩埚内钢水插入包芯线束的形式应用于真空感应炉冶炼实验钢中试生产中，操作简单、方便、实用，钙处理工艺时间缩短，钙处理方法新颖、高效、独特；钙处理装置的加工制造工艺较简便，不增加专用设备和专门操作人员；包芯线束插入坩埚内钢水液面下，钙金属的烧损大幅度降低、收得率大幅度提高，钙处理综合成本大幅度降低，钙金属在钢中分布均匀性大幅度提高；突出钙处理的精细化效果；钙处理的操作环境有效改善，钢中夹杂大幅度降低、实验钢质量提高、综合成本降低；这种真空感应炉坩埚内钢水插入包芯线束的钙处理方法对实验钢品种的适应性更强，具有广泛的实验钢钙处理应用前景。
四

图1是真空感应炉冶炼实 验钢的钙处理装置结构示意图。图中1-插入钢管、2-钢水液面、3-取样装置、4-取样装置与插入钢管捆绑连接处、5-真空感应炉坩埚、6-包芯线束。
五具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述。根据实验钢钢水计划容量、包芯线加入量设计，计算加入的包芯线重量，将称量好的包芯线捆绑成束。包芯线束的品种可以是纯稀土金属Ce、纯稀土金属La、混合稀土金属的一种，及硅钙块。钙处理装置设计设计简易钙处理装置，简易钙处理装置分为三部分。第一部分为包芯线束:根据实验钢钢水计划容量、包芯线加入量设计，计算加入的包芯线重量，将称量好的包芯线捆绑成束。第二部分为插入钢管或插入钢棒:插入钢管直径约Φ 10 30mm、300 600mm长的低碳焊管或钢棒,插入钢管的一
端为连接端，即与取样装置捆绑连接；另一端为与包芯线束捆绑连接，插入钢管属于一次性使用。第三部分为真空感应炉取样装置:
取样装置为真空感应炉设备本体的一部分，位于真空感应炉炉盖上，用于真空条件下从坩埚内钢水取化学成分试样。利用取样装置，将取样装置的一端与插入钢管一端捆绑连接，通过调整取样装置下降，将包芯线束插入坩埚内钢水液面下约1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位。钙处理加入量设计钙处理的包芯线加入量根据实验的钢材产品品种、钙处理的具体要求确定。钙处理条件坩埚内钢水须经过精炼(高真空或及底吹氩)，达到钢液深脱氧和深脱硫的条件。钙处理工艺操作A、提前准备好插入钢管3支，一用二备；B、提前准备好插入钢管及包芯线束后，将包芯线束以铁丝与插入钢管一端捆绑连接，以铁丝将取样装置的一端与插入钢管另一端捆绑连接；C、钢水经过精炼(高真空或及底吹氩)；D、在钢水经过精炼(高真空或及底吹氩)之后，立即利用简易钙处理装置，通过调整取样装置下降，将包芯线束插入钢水液面下1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位。继续底吹氩I 2分钟，将钢液浇入锭模内。实施例1:本发明所述的一种 真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，首先按照技术要求及附图1加工制造钙处理装置及数量，按照技术要求及实验计划准备硅钙包芯线束及数量，插入钢管一端与包芯线束一端捆绑连接固定，以铁丝将取样装置的一端与插入钢管另一端捆绑连接固定。实验钢钢水经过精炼(高真空或及底吹氩)，达到钢液深脱氧和深脱硫的条件之后，立即利用简易钙处理装置，通过调整取样装置下降，将硅钙包芯线束插入钢水液面下1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位。继续底吹氩I 2分钟，将钢液浇入锭模内。实施例2:本发明所述的一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，首先按照技术要求及附图1加工制造钙处理装置及数量，按照技术要求及实验计划准备铁钙包芯线束及数量，插入钢管一端与铁钙包芯线束一端捆绑连接固定，以铁丝将取样装置的一端与插入钢管另一端捆绑连接固定。实验钢钢水经过精炼(高真空或及底吹氩)，达到钢液深脱氧和深脱硫的条件之后，立即利用简易钙处理装置，通过调整取样装置下降，将铁钙包芯线束插入钢水液面下1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位。继续底吹氩I 2分钟，将钢液浇入锭模内。实施例3:本发明所述的一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，首先按照技术要求及附图1加工制造钙处理装置及数量，按照技术要求及实验计划准备纯钙包芯线束及数量，插入钢管一端与纯钙包芯线束一端捆绑连接固定，以铁丝将取样装置的一端与插入钢管另一端捆绑连接固定。实验钢钢水经过精炼(高真空或及底吹氩)，达到钢液深脱氧和深脱硫的条件之后，立即利用简易钙处理装置，通过调整取样装置下降，将纯钙包芯线束插入钢水液面下1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位。继续底吹氩I 2分钟，将钢液烧入锭模内。
权利要求
1.一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，其特征在于利用取样器设计一种插入包芯线束的钙处理装置，由插入钢管或插入钢棒、包芯线束、连接装置组合而成，包芯线束的品种可以是纯钙线、高钙线、硅钙线、铁钙线之一种。
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，其特征在于操作步骤如下所述: (1)把计算测量好的硅钙或铁钙包芯线数支，用细铁丝捆绑形成包芯线束，然后将包芯线束的一端用细铁丝捆绑在插入钢管或插入钢棒的一端上，再将插入钢管或插入钢棒的另一端固定在真空感应炉炉盖取样器上，将钢锭模置于高真空感应炉内； (2)把纯铁、铁合金装入真空感应炉坩埚内，硅铁、锰铁、铜、铁合金等放入多次加料斗； (3)关闭炉盖后，包芯线束即置于高真空感应炉内，抽真空12分钟至15分钟，送电加热炉料； (4)将装入坩埚内及多次加料斗内的炉料全部熔化； (6)在坩埚内钢水经过精炼结束之 后，停止抽真空，并向真空炉腔体内充入氩气； (7)加入Al丸或硅钙钡脱氧； (8)根据坩埚内钢水液面状态，调整底吹氩压力，底吹氩3 8分钟； (9)在氩气保护气氛下，调整取样装置下降，将包芯线束插入坩埚内钢水液面下1/2 2/3处，30 90秒钟后，调整取样装置复位； (10)向坩埚内钢水插入包芯线束后，继续吹氩I 5分钟，停止底吹氩，将钢液浇入锭模内。
全文摘要
一种真空感应炉冶炼实验钢的钙处理方法，属于钢铁冶金技术领域。利用真空感应炉取样器设计一种插入包芯线束的钙处理装置，在真空感应炉坩埚内钢水经过精炼(高真空或及底吹氩)条件下，将包芯线束插入坩埚内钢水液面下1/2～2/3处，30～90秒钟后，调整取样装置复位，向坩埚内钢水插入包芯线束后，继续吹氩1～5分钟，停止底吹氩，将钢液浇入锭模内。本发明具有钙处理操作简单、方便、实用，钙处理方法新颖、高效、独特，钙元素回收率高、夹杂少的特点。
文档编号C21C7/04GK103114172SQ20131006690
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者程德富, 赵殿清, 张辉, 罗桂文, 王福森, 王海明, 王荣, 乔团结 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司