本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种控制中碳锰钢连铸圆坯中大型夹杂物的生产方法。
背景技术
在冶炼和浇注过程中产生或混入钢中，经轧制或热处理后仍不能消除的，与钢基体无任何联系而独立存在的氧化物、硫化物、氮化物等非金属相，统称为非金属夹杂物，简称夹杂物。钢中的夹杂物主要是铁、锰、铬、铝、钛等金属元素与氧、硫、氮等元素所形成的化合物，其中氧化物主要是脱氧产物，包括未能上浮的一次性脱氧产物和钢液凝固过程中形成的二次脱氧产物。夹杂物的存在破坏了钢基体的连续性，造成钢组织的不均匀，对钢的各种性能都会产生一定的影响。
普通的石油套管主要采用的材质是中碳锰钢，由中碳锰钢连铸圆管坯轧制成的管体偶尔(约占0.3％)会出现分层现象，即采用超声波测得管壁厚度明显低于管子实际壁厚，以及在进行螺纹加工时出现麻坑缺陷的问题。对出现分层缺陷处取样进行分析，确认是钢中大型夹杂物经轧制延伸而造成的；对麻坑缺陷取样分析，确认钢中的大型夹杂物是造成在进行螺纹时加工面出现麻坑的原因，而钢中大型夹杂物只能是连铸圆管坯生产过程中形成的。用于制造石油套管的中碳锰钢中的大型夹杂物影响到轧制成材率、套管螺纹加工的成件率，若带有大型夹杂物的管材没有检出流入油田，则会影响到油井的寿命，影响到原油的开采。因此，降低用于制造石油套管的中碳锰钢中大型夹杂物的含量具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对现有中碳锰钢连铸圆坯轧制过程中管体出现分层和进行螺纹加工时出现麻坑的问题，本发明提供一种控制中碳锰钢连铸圆坯中大型夹杂物的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种控制中碳锰钢连铸圆坯中大型夹杂物的生产方法，包括电弧炉熔炼工序、钢包预脱氧及合金化工序、lf精炼工序、钙处理工序、连续铸钢工序，具体步骤如下：
步骤1，所述电弧炉熔炼工序中，经电弧炉熔炼，获得c含量在0.07～0.15％，p含量≤0.012％、温度≥1620℃的电弧炉终点钢液，出钢；
步骤2，所述钢包预脱氧及合金化工序在电弧炉出钢过程中完成，出钢到1/5时向钢包中加入铝锭、电石进行预脱氧，然后加入增碳剂，出钢到2/5时，向钢包中加入萤石、预熔精炼渣、硅锰合金和高碳锰铁，然后加入石灰，所有物料在出钢到3/5之前全部加完，得冶金熔体；
步骤3，所述lf精炼工序中，通过向所述冶金熔体中补加石灰和萤石造渣，采用铝粒、电石和碳化硅脱氧形成白渣，所述白渣的精炼时间≥20min，精炼全程控制als≥0.015％；
步骤4，所述钙处理工序中，lf止电后出钢前往钢液中喂入硅钙线，加入保温剂均匀覆盖渣面，采用氩气软吹，软吹时间≥15min；
步骤5，所述连铸工序，采用全程保护浇注，结晶器液面波动范围控制在±3mm内。
相对于现有技术，本发明通过控制电弧炉终点钢液中的含碳量，钢包预脱氧和合金化工序中各物料的加入时间和顺序，lf精炼工序中通过控制炉渣的组成，钙化处理以及连铸工序中全程保护浇注，控制结晶器液面的波动范围等控制手段，将夹杂物去除机理与各过程紧密联系，使钢包顶渣具备合适的液相量、良好的脱硫能力以及良好的夹杂物吸附能力，可达到更高的去除和控制中碳锰钢中夹杂物的效果，从而降低成品钢液的夹杂物数量，提高成品钢液的纯净度。采用上述方法生产的中碳锰钢连铸圆管坯轧制成的管材，管体分层缺陷出现的比例下降到0.1％，螺纹加工出现麻坑缺陷的比例下降到0.01％，对铸坯进行大样电解，检测出其中大型夹杂物为2.0～3.3mg/10kg钢。
可选的，所述增碳剂为人工石墨，含碳量大于96％，其余为杂质。增碳剂的加入量根据电弧炉终点含碳量和目标控制碳含量进行确定。
优选的，所述中碳锰钢的化学成分为：0.25％≤c≤0.40％、0.15％≤si≤0.35％、1.00％≤mn≤1.70％、p≤0.020％、s≤0.010％、cr≤0.25％、ni≤0.25％、cu≤0.20％、mo≤0.10％、v≤0.05％，0.01％≤al≤0.04％、n≤0.0090％、o≤0.0040％、以及余量的fe和杂质元素。
优选的，步骤1中，以废钢为原料，采用含碳量在75～85％的天然石墨将入炉料的平均含碳量控制在0.8～1.2％，通过供电、氧燃助熔和吹氧助熔使废钢熔化和升温，通过造渣脱磷和吹氧脱碳进行高温精炼，获得c含量在0.07～0.15％、p含量≤0.012％、温度≥1620℃的电弧炉终点钢液。
通过配碳将含碳量控制在0.8～1.2％，可保证气体和夹杂物的排出，同时减少铁元素的氧化损失。将电弧炉终点碳含量控制在0.07％～0.15％之间，避免钢液过氧化，控制电弧炉终点钢液中的氧含量，同时也能保证良好的脱磷效果。
优选的，步骤2中，出钢总量为85t时，所述铝锭的加入量为80～120kg，所述电石的加入量为50～70kg，所述萤石的加入量为60～100kg，所述预熔精炼渣的加入量为250～350kg，所述石灰的加入量为350～450kg。
所述预熔精炼渣的化学组成为：cao32～40％，al2o346～54％，sio2≤10％，caf2≤2％，mgo≤3％，n≤0.3％，粒度为5～30mm。
加入预熔精炼渣，主要是为了控制钢包顶渣中al2o3含量在20～30％之间，以保证钢包顶渣具有良好的脱硫能力、吸附夹杂的能力，以促进钢液中夹杂充分上浮排出，提高钢水的洁净度。
铝锭一次性加入可使铝锭直接与钢水接触，保证铝锭快速熔化，在钢流冲击和氩气搅拌的条件下，脱氧反应快速进行，保证预脱氧效果，同时利用此时钢液中的氧含量高，此时脱氧产生的夹杂为大颗粒al2o3夹杂，促进脱氧产物的上浮排出。
出钢过程中加入电石，电石与钢液接触后直接与钢液中的氧反应生成高度弥散的氧化钙和一氧化碳，高度弥散氧化钙可以与铝脱氧生成的三氧化二铝反应生成铝酸钙，促进三氧化二铝的排出，同时由于三氧化二铝不断排出，促进了铝与氧反应的正向进行，脱氧更加彻底，同时生成的co还可提供保护氛围，在一定程度上减轻了钢液的吸气和氧化。
加完萤石和预熔精炼渣之后再加入石灰，是为了使萤石和预熔精炼渣预先熔化，从而促进后续加入的石灰的熔化，保证钢包顶渣的液相量大于80％，使钢包顶渣具有良好的吸附夹杂的能力。
通过所述的钢包预脱氧及合金化工序，可获得到达lf时钢包顶渣熔化良好、流动性良好、碱度合适、且变白或灰白、钢液中als含量在0.02～0.06％之间、氧含量和夹杂含量较低的合金成分低于但接近内控成分下限的冶金熔体。将als含量在0.02～0.06％之间，可使钢中溶氧量降低至3～6ppm。
优选的，步骤2中，将钢包顶渣各组分的含量控制在如下范围：cao50～60％，sio2≤9％，al2o320～30％，mgo4～8％，feo≤0.5％，mno≤0.5％，caf24～8％。
通过将钢包顶渣中各组分的含量控制在上述范围内，可保证钢包顶渣中氧含量低，便于扩散脱氧，且提高钢包顶渣与钢液的表面张力，减少钢液卷渣，同时促进卷入钢液中的钢渣能容易上浮排出。
优选的，步骤3中，电弧炉出钢至lf精炼工位时，接通氩气，所述氩气的流量控制在200～250nl/min。
氩气泡在钢水中上浮及其引起的搅拌作用，有利于气体和夹杂物的排出，氩气逸出后覆盖在钢液面上，能使钢水避免二次氧化和吸收气体，将氩气流量控制在200～250nl/min，可减少增氮量0.0001％～0.0002％。
优选的，步骤3中，所述石灰的加入量为≥300kg，所述萤石的加入量为≥50kg，所述铝粒的加入量为10～20kg，所述电石和所述碳化硅的加入量分别为20～30kg。
补加石灰可保证总渣量，提高脱硫效果；加入萤石，可调整渣子的流动性，强化去硫效果；所述铝粒、电石、碳化硅可浮于钢包顶渣的渣层中，快速脱除钢包顶渣中的氧，形成白渣。
可选的，步骤3中进一步还包括，造白渣结束后，取样进行分析，根据分析结果补加合金及增碳剂，补加合金及增碳剂时，控制氩气的流量为330～370nl/min，然后根据补加合金及增碳剂的量，补加电石和碳化硅，保持白渣。
补加合金及增碳剂时，将氩气流量调节至330～370nl/min，加快钢渣反应速度，促进夹杂物上浮排除，以及使钢液成分和温度很快地均匀，从而保证合金熔化良好且成分均匀。
优选的，步骤4中，喂入硅钙线使成品钢液中ca含量在0.0015～0.0025％。
喂入硅钙线使成品钢液中ca含量在0.0015～0.0025％，可提高脱氧、脱硫效果，改变夹杂形貌，使夹杂物容易上浮排出。
优选的，步骤4中，氩气软吹的流量控制为20～30nl/min。
将氩气流量控制在20～30nl/min，一方面促进钢中夹杂物的上浮排出，同时避免钢液二次氧化；另一方面促进钢液成分和温度的均匀。吹氩时间不宜太长，以免钢液温度下降过多，并且由于耐火材料受冲刷而使夹杂物增加，同时也不利于现场的生产组织协调；吹氩时间也不宜过短，否则，夹杂物不能充分上浮排出，对去除夹杂物不利。
优选的，步骤4中，所述保温剂为碳化稻壳。
碳化稻壳具有优异的保温性能，碳化稻壳均匀覆盖渣面，可实现黑渣面操作，且确保钢包顶渣成液态，能充分吸收上浮排出的夹杂物，有效降低钢中夹杂物含量。
优选的，步骤5中，所述连铸工序中的中间包温度为1520～1535℃，过热度为22～37℃。
中间包温度过高或过低，都会对连铸生产不利的影响，将中间包温度控制在1522～1535℃，过热度控制在22～37℃，可在不影响夹杂物上浮的前提下，可减少中心偏析，扩大铸坯等轴晶区，同时提高连铸效率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种控制中碳锰钢连铸圆坯中大型夹杂物的生产方法：
炉号为1813239炉中碳锰钢34mn6φ180mm断面连铸圆坯生产工艺过程如下：
步骤1，该炉废钢料总量88吨、含碳量为80％的天然石墨总量1000kg，分三罐进料，具体配布料为：
第一罐：料罐底部布置2吨小型废钢，接着吊入500kg微晶块，其上布上10吨左右的统料废钢；其上布上废钢压块18吨，其上布上5吨重型废钢，最上面布上5吨统料废钢。
第二罐：料罐底部布置2吨小型废钢，接着吊入500kg微晶块，其上布上8吨左右的统料废钢；其上布上废钢压块12吨，其上布上4吨重型废钢，最上面布上4吨统料废钢。
第三罐：料罐底部布置2小型废钢，其上布上4吨左右的统料废钢；其上布上废钢压块6吨，最上面布上6吨统料废钢。
电弧炉出钢温度1632℃，电弧炉终点c含量为0.12％，终点p含量为0.007％，出钢量85.5t，出钢及回炉过程中没有下渣现象；
步骤2，准备出钢时，钢包到达出钢工位，电子秤回零，接通氩气，氩气压力为0.5mpa，电子秤显示重量达15吨时，立即加入96kg铝锭、60kg电石；接着加入60kg增碳剂；电子秤显示重量30吨时，将氩气压力调整到1.0mpa，同时开始加入80kg萤石、300kg预熔精炼渣、850kg硅锰合金、600kg高碳锰铁；接着加入400kg石灰；所有物料在电子秤显示50吨前加完；在出钢完成，炉体摇回后，钢包顶渣熔化良好时关停氩气。
步骤3，至精炼工位钢液温度为1526℃，接通氩气，氩气流量为250nl/min，通电加热，向所述钢包顶渣中补加320kg石灰和60kg萤石造渣，通电累计达2min后，飘入铝粒10kg，电石20kg，碳化硅20kg。通电累计达9min后，渣白，测温1562℃，取样分析，然后继续送电，同时飘入铝粒10kg，电石10kg，碳化硅10kg，保持白渣；
精炼试样分析结果为：c0.264％，si0.20％，mn1.25％，p0.011％，s0.015％，als0.032％。
根据分析结果加入高碳锰铁、增碳剂调整钢液成分，此时氩气流量控制为350nl/min，高碳锰铁补加量为204kg，增碳剂加入量为60kg，增碳剂加入到氩气口露出的钢液中，合金和增碳剂加完后再保持2分钟。
将氩气调整到250nl/min，开始送电，飘入电石10kg，碳化硅10kg，5min后，再飘入10kg碳化硅，累计送电达8min，取样分析。
第二个试样分析结果为：c0.336％，si0.22％，mn1.387％，p0.0124％，s0.0048％，als0.025％。钢液成分符合内控成分要求，测温t＝1617℃。
步骤4，钙处理工序中，将氩气流量调节为40nl/min，往钢液中喂入130m硅钙线，出钢，钢水包进入软吹工位，加入碳化稻壳6包使其均匀覆盖整个钢包顶渣渣面，采用氩气软吹，氩气流量为20nl/min，软吹时间为15min；
步骤5，15分钟后，测温为1602℃组织吊包，到连铸平台前测温为1601℃。
开浇前的准备：因1813239炉为开浇炉，钢包座上钢包回转台后，安装液压滑动水口拉杆，同时中间包烘烤停火，开始对中间包充氩，开动中间包车至结晶器上方，微调对中间包，让水口处于结晶器中心，偏差控制在10mm以内，装好浸入式水口，在钢包下水口下方套上长水口，并开通长水口氩气保护，氩气压力控制为0.1mpa，中间包充氩≥2min，停中间包充氩，准备开浇。
打开滑动水口液压阀，钢包滑动水口打开，钢流自动下流，此时钢包水口全开，实现满流浇注。
当中间包钢液重量≥13吨(此时中间包开始开浇)，长水口淹没在钢液中，钢液面流动比较平稳时，往中间包加入高碱度无碳覆盖剂100～120kg，高碱度无碳覆盖剂覆盖整个钢液面后，加入化渣蓄热球，在中间包钢液总中量达23吨，开始收流，以实现中间包重量稳定在25吨左右。其中，高碱度无碳覆盖剂的主要化学组成为：cao50～55％，al2o325～30％，sio2≤10％，mgo5～10％。
当中间包钢液重量达13吨时，中间包开浇，当结晶器钢液面据上法兰面170mm左右(即浸入式水口下沿浸入钢液100mm左右)时，加入结晶器保护渣，并开始起步拉钢。
脱除引锭后，结晶器液面自动控制系统投入运行。浇注过程中，结晶器液面波动控制在±3mm范围内，减少结晶器的卷渣。中碳锰钢专用结晶器保护渣添加遵循多次、少量、均匀的原则，并实现黑渣面操作，发现有渣条及时挑出，尽可能减轻对弯月面的影响。整炉浇注过程中，中间包温度在1520～1535℃间，过热度在22～37℃之间。
整炉钢液浇注一半时，在中间包钢液中取成品样，在结晶器钢液中取气体分析试样。
成品钢样分析结果为：c0.345％，si0.23％，mn1.39％，p0.0125％，s0.0042％，ca0.0020％，als0.018％。
气体分析结果为：n0.0072％，o0.0015％。
对轧制成的管材取样，夹杂物评级如表1所示：
表1
本发明保护范围内的其他参数也可达到与实施例1相同的效果。
以上所述仅为本发明的通常较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。