20Cr合金结构钢用无氟精炼渣及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣及其制备方法。该精炼渣的粒度为15～35mm，各组分按重量百分比为：55～60%CaO、10～16%SiO2、15～20%Al2O3、4～6%MgO、5～10%B2O3、TFe≤1%，余量为杂质。该精炼渣的制备方法为将含CaO、SiO2、Al2O3、MgO及B2O3的矿石原料进行破碎后混配、成型、再破碎，即得成品精炼渣。本发明的精炼渣制备方法简单，制备的精炼渣具有环保无氟、成渣速度快、去除夹杂物能力强、炉衬侵蚀轻和脱硫能力强的优点。
【专利说明】20Cr合金结构钢用无氟精炼渣及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣及其制备方法，属于炼钢【技术领域】。
【背景技术】
[0002]20Cr钢是铬系合金结构钢中最典型的基础品种，市场需求量巨大，在汽车、矿山机械等制造行业被广泛用于制造心部强度要求较高、表面承受磨损、截面尺寸在30mm以下或形状较复杂而载荷不大的渗碳零件，如齿轮、齿轮轴、凸轮、活塞销、蜗杆等；或用于要求热处理变形小和高耐磨性的零件，渗碳后可进行高频表面淬火；或用于工作速度大并承受中等冲击负荷的调质零件，在我国国民经济和国防建设中起着重要的作用。
[0003]随着社会经济的发展，用户对20Cr合金结构钢的质量要求越来越高。而钢材质量与钢中[S]、[O]含量，以及夹杂物的种类、数量、尺寸、分布有关，对钢材力学性能、疲劳性能、热顶端性能以及焊接性能等有重要影响，直接决定着钢材最终的使用效能。20Cr合金结构钢质量检测中，根据夹杂物组成和形貌将钢中夹杂物分为A (硫化物类)、B (Al2O3类)、C(硅酸盐类)、D (钙铝酸盐类)和Ds (大颗粒夹杂)五类夹杂，并对各类夹杂物有严格要求。目前，越来越多钢铁企业采用“转炉一氩站一LF精炼炉一连铸”工艺生产20Cr合金结构钢，而LF精炼炉因具有加热、搅拌、合金化等功能，并可实现成分微调和精确控制等特点成为提高钢材质量的关键环节。正如冶金领域“炼好钢必先造好渣”的观点，LF精炼中脱硫、脱氧以及非金属夹杂物的去除主要依赖精炼渣的作用，因此选择合适的精炼渣系对于生产高质量的20Cr合金结构钢至关重要。
[0004]传统精炼渣为了解决炉渣熔化速度慢、熔点高、粘度大的问题，往往向渣中添加CaF2，但实践表明CaF2的使用会`产生诸多不利影响:(I)含CaF2的炉渣对炉衬侵蚀严重，增加设备维护成本；(2)高温下CaF2与渣中其它组分反应，生成含氟气体通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体，会导致以骨骼改变为主的全身性疾病；(3)高温下含CaF2的炉渣会产生大量氟化物，进入生态系统会引起农作物减产、畜牧慢性中毒。鉴于氟对环境和人体带来的诸多不利影响，发达国家加大了对氟污染的监控和立法，对炉渣而言，可预见无氟炉渣是未来炉渣的发展方向。
[0005]本发明中助熔剂摒弃传统的CaF2，采用B2O3以消除氟污染，并通过控制CaO-SiO2-Al2O3精炼渣系合适的化学成分，达到稳定、有效且环保的精炼效果。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣，以控制钢中夹杂物级别，提高钢材质量并达到稳定、有效且环保的精炼效果。
[0007]本发明的第二个目的在于提供一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣的制备方法。
[0008]为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案为:
[0009]—种20Cr合金结构钢用无氟精炼洛,所述精炼洛的粒度为15~35mm,各组分按重量百分比为:55 ~60%Ca0、10 ~16%Si02、15 ~20%A1203、4 ~6%MgO、5 ~10%B203、TFe≤1%，余量为杂质。
[0010]进一步地，所述精炼渣的粒度为15~25mm，各组分按重量百分比为:57~60%Ca0、10 ~13%Si02、17 ~20%A1203、5 ~6%Mg0、7 ~10%B203、TFe ≤1%,余量为杂质。
[0011]为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案如下:
[0012]I)原料的选择与破碎:选择含CaO、SiO2, A1203、MgO及B2O3的矿石为原料进行破碎后混配，使混配后的原料中各组分按重量百分比为:55~60%Ca0、10~16%Si02、15~20%A1203、4~6%Mg0、5~10%B203、TFe ≤ 1%，余量为杂质；然后将混配好的原料粉碎成5mm以下碎料后混和均匀；
[0013]2)成型:将混合均匀的碎料预熔，预熔温度为1450°C~1600°C，充分熔化后倒入渣斗内自然冷却即可得到固态半成品；将半成品破碎加工成粒度15~35_，即得成品精炼渣。
[0014]进一步地，所述含Ca0、Si02、Al203、Mg0及B2O3的矿石为活性石灰、铝酸钙、硅灰石、白云石和硼酐。
[0015]本发明的20Cr合金结构钢用无氟精炼渣中:
[0016]CaO,是精炼渣的主要组成部分，起调节精炼渣碱度以及熔渣熔点和流动性的作用，以确保熔渣具有良好的脱硫、吸附夹杂能力并增强熔渣的脱氧作用，本发明中CaO的含量控制在55~60%。渣中CaO含量过高会导致炉渣熔点升高、粘度增大，不利于炉渣吸附钢中夹杂物；渣中CaO含量过低会降低炉渣碱度，不利于炉渣脱硫。
[0017]SiO2,主要作用是配合CaO维持炉渣合适的碱度，并使炉渣具有良好的流动性，从而实现良好的脱硫、吸附夹杂作用，本发明中SiO2的含量控制在10~16%。渣中SiO2含量过高会降低炉渣碱度，不利于脱硫；渣中SiO2含量过低会使炉渣碱度升高，虽然对钢液脱硫有利，但会影响炉渣对B类夹杂物的控制。
[0018]Al2O3，主要作用是增强熔渣对夹杂物的吸附能力，本发明中Al2O3的含量控制在15~20%。Al2O3含量过高会降低熔渣对夹杂物的吸附能力，且导致熔渣粘度增大不利于渣-钢液化学反应的进行；A1203含量过低则易导致钢中D类夹杂物超标。
[0019]MgO，主要作用是保护钢包炉衬，降低炉渣对钢包耐火材料的侵蚀，本发明中MgO的含量控制在4~6%。MgO含量过高会导致熔渣粘度增大，不利于渣-钢液化学反应的进行；MgO含量过低会导致炉渣对炉衬侵蚀加剧。
[0020]B2O3,主要作助熔剂促进石灰溶解，并提高造渣速度和冶炼稳定性，本发明中B2O3的含量控制在5~10%。
[0021]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0022](1)不含CaF2，消除了氟污染，符合绿色冶金要求。
[0023](2)脱硫以及去除夹杂物能力强，能显著改善钢质纯净度:A、B类夹杂物级别均≤0.5级，C、D和Ds类夹杂物级别均≤1级；
[0024](3)炉衬侵蚀轻；
[0025](4) B2O3的助熔效果显著，成渣速度快；
[0026](5)采用预熔处理，提高了精炼渣的稳定性和冶金效果，便于储运和使用。【具体实施方式】
[0027]以下结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0028]本发明的无氟精炼渣的制备方法为:，将具有CaO、Si02、Al203、Mg0及B2O3成分的原料:活性石灰、铝酸钙、硅灰石、白云石和硼酐经破碎一配料一成型工序制成粒度为15~35mm的精炼渣，所述精炼渣中各组分按重量百分比为:55~60%Ca0、10~16%Si02、15~20%A1203、4~6%Mg0、5~10%B203、TFe ( 1%，余量为杂质，且精炼渣的粒度为15~35mm。本领域的技术人员能够知道，当采用其它具有Ca0、Si02、Al203、Mg0及B2O3成分的原料时，如:石灰石、石英石、铝矾土、轻烧白云石和硼酐，同样能够解决本发明的技术问题，达到本发明的技术效果。
[0029]本发明的实施例中的20Cr合金结构钢采用“转炉一氩站一LF精炼炉一连铸”工艺生产，所述无氟精炼渣在LF精炼过程加入钢包。
[0030]各对比例与实施例生产20Cr合金结构钢的工艺相同，不同之处仅为无氟精炼渣中各组分含量有所不同。
[0031]各实施例和对比例中精炼渣的具体组分含量见表1，使用各实施例和对比例的精炼渣生产得到的20Cr合金结构钢中夹杂物的控制水平见表2。
[0032]表1各实施例和对比例无氟精炼渣的粒度及各组分的重量百分比含量
[0033]
[0034]
【权利要求】
1.一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣，其特征在于:所述精炼渣的粒度为15~35mm，各组分按重量百分比为:55~60%Ca0、10~16%Si02、15~20%A1203、4~6%MgO、5~10%B203> TFe ( 1%，余量为杂质。
2.根据权利要求1所述的20Cr合金结构钢用无氟精炼渣，其特征在于:所述精炼渣的粒度为15~25mm，各组分按重量百分比为:57~60%Ca0、10~13%Si02、17~20%A1203、5~6%MgO、7 ~10%B203、TFe ( 1%，余量为杂质。
3.权利要求1所述的20Cr合金结构钢用无氟精炼渣的制备方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 1)原料的选择与破碎:选择含Ca0、Si02、Al203、Mg0及B2O3的矿石为原料进行破碎后混配，使混配后的原料中各组分按重量百分比为:55~60%Ca0、10~16%Si02、15~20%A1203、4~6%Mg0、5~10%B203、TFe ( 1%，余量为杂质；然后将混配好的原料粉碎成5mm以下碎料后混和均勾； 2)成型:将混合均匀的碎料预熔，预熔温度为1450°C~1600°C，充分熔化后倒入渣斗内自然冷却即可得到固态半成品；将半成品破碎加工成粒度15~35_，即得成品精炼渣。
4.根据权利要求3所述的20Cr合金结构钢用无氟精炼渣的制备方法，其特征在于:所述含CaO、SiO2, A1·203、MgO及B2O3的矿石为活性石灰、铝酸钙、硅灰石、白云石和硼酐。
【文档编号】C21C7/076GK103849712SQ201410102562
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】张帆, 范植金, 吴杰, 徐志, 周新龙, 丁礼权, 徐志东, 罗国华, 刘婳 申请人:武汉钢铁(集团)公司