本发明涉及一种钢水冶炼过程中对于元素磷控制的方法，具体地属于一种h13模具钢的冶炼及脱磷方法，确切地适用于采用工艺为：mff（中频炉）—lf（炉外精炼）—vd（真空脱气流程）流程生产h13系列热作模具钢脱磷方法。
背景技术：
2015年，我国模具钢产量超过250万吨，其中h13系列热作模具钢产量超过50万吨，但是该年度进口模具材料仍旧超过200万吨，高精度模具、高档出口模具的原材料对外依存度超过60%，说明国内模具钢的生产量、成品质量、性能等方面与还远不能满足市场的要求。该表为美国生产的h13模具钢的基本成分列表成分csimncrmovpswt%0.32~0.450.80~1.200.20~0.504.75~5.501.10~1.750.80~1.20≤0.030≤0.03从上表可以看出，h13模具钢属于中铬含量的含钒合金钢。其主要用于制造冲击载荷大的锻模，热挤压模，精锻模，铝、铜及其合金压铸模。其性能、用途与4cr5mosiv钢基本相同，但因其钒含量较高，故其中温（600℃）性能比4cr5mosiv钢要好，是热作模具钢中用途很广泛的一种代表性钢号。h13模具钢初始坯料出厂后供不同用户使用，还要经过特定的热处理工序，达到成品模具需要的综合性能。h13模具钢应达到的性能包括：1）较高的淬透性和高的韧性；2）优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；3）具有中等耐磨损能力；4）在较高温度下具有抗软化能力（540℃以下）；5）中等和高的切削加工性。对于大多数钢种来讲，磷是钢中最常见的危害元素之一，基于上述h13模具钢的性能要求，过量的磷将增加其成分偏析、恶化其焊接性能、与硫共同作用严重影响其冲击韧性和疲劳性能。因此，优质h13模具钢的硫、磷含量分别要求低于0.005%和0.020%，超级h13模具钢的硫、磷含量分别要低于0.003%和0.015%。当前，中型模具钢基本上是基于mff（中频炉）—lf（炉外精炼）—vd（真空脱气流程）流程生产。该流程的主要优势在于流程短、过程电能利用率高、设备和工艺简单，且其钢料和过程返回料重复利用率高。但由于全程缺乏必要的脱磷工艺环节，往往造成钢中的磷不断富集，再加上铬铁等合金料的加入而带进部分磷，很容易出现成品钢材磷含量超过标准的现象。其成为目前制约我国模具钢行业产品质量提升和品种升级换代的主要矛盾。多年来，对于高铬合金钢的脱磷已经有较多的研究，比较成熟的大体可分为氧化脱磷和还原脱磷。氧化脱磷过程需要bao基或cao基的碱性渣，而还原脱磷需要ca或钙合金。无论是哪条路线，其核心问题是在保证铬的条件下最大限度地去除钢中的磷。但对于h13模具钢，因钢中除含有5%左右的铬之外，还含1%左右的钒。在正常情况下，钒铬价格比约为10：1，如果采用氧化法脱磷，则钒将在磷氧化去除之前首先被氧化去除，氧化条件下脱磷保钒基本没有可能。因此，针对h13模具钢的脱磷，只能以还原法为基本途径而进行。经检索，基于还原法对含铬不锈钢脱磷的方法人们有些研究，如中国专利申请号为200410021379.0的文献，其公开了《一种不锈钢还原脱磷剂》，该发明中的还原脱磷剂有效成分为ca和mg，助熔剂为caf2。其主要应用在真空感应炉冶炼不锈钢过程中进行脱磷，经分析，其所述的脱磷剂不适用于基于mff—lf—vd流程的h13模具钢冶金流程中的还原脱磷。中国专利申请号为200610025125.5的文献，其公开了《一种不锈钢液脱磷工艺及装置》，其是采用钢包加盖生成还原气氛条件下的脱磷工艺。该工艺以si-ca包芯线为主要的脱磷剂，即利用ca与p反应生产ca3p2进入渣中进行脱磷的原理，脱磷剂用量45kg-65kg/t钢，其不足是将会造成非常严重的钢液增硅现象，如以硅钙合金线中硅含量50~55%为基准，预计可增硅2%以上，故需要在后续工序中通过vod吹氧进一步脱硅。但在该发明所述的流程条件下，以上的增硅量是无法脱除的，会导致h13模具钢中硅成分超标而被判废。还有如中国专利申请号为200410021380.3等专利文献，还原脱磷工艺和方法，均存在对工艺设备要求复杂、或过程增硅需要再次处理，造成设备复杂，难以操作，或工序延长，生产效率降低，尽管如此还不一定能满足h13模具钢冶炼过程的脱磷要求。技术实现要素：本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种既能提高还原脱磷反应效率，在lf炉中实现还原脱磷，使脱磷效率达到30~60%；能及时进行脱磷渣的无害化处理，且铬、钒不受损而予以保证含量，同时硫、磷含量分别不高于0.003%和0.02%的h13模具钢的冶炼及还原脱磷方法。实现上述目的的措施：一种h13模具钢的冶炼及还原脱磷方法，其步骤：1）进行中频炉冶炼，其间将合金成分调整至设定值，并在出钢前捞出浮渣；2）出钢：在出钢前，先将钢水罐烘烤至内壁温度不低于1150℃，并在钢水罐中按照1.5~2kg/吨钢加入铝块，按照20~25kg/吨钢加入石灰，按照1~2kg/吨钢加入萤石；出钢至钢水罐：3）在lf炉中进行精炼：a、在钢水罐进入lf炉之前，先在lf炉底部通入氩气，其通入流量控制在0.04~0.06m3/t·min，并保持全程氩气精确控制；在lf炉通入氩气的同时，按照：石灰：25~30kg/吨钢，铝粒0.8~1kg/吨钢加入到lf炉中，并充分搅拌及进行电极加热；b、将lf炉中的气氛调整为还原气氛：此时炉温在1660~1680℃，渣的cao/sio2二元碱度在4~6，渣中feo+mno的质量百分含量不超过0.5%；c、在lf炉中的气氛达到还原气氛后，调整炉内的氩气流量至0.05~0.06m3/t·min，并使液面裸露直径不超过20cm；d、喂入专用包芯线进行脱磷：喂入总量按照20~50kg/吨钢进行；喂入专用包芯线的速度为4~6m/s，并分二次或三次喂入；e、喂入铝线脱氧：按照2~2.5m/吨钢一次性喂入铝包芯线，喂入速度在4~6m/s；控制精炼时间在30~40min；4）在vd进行常规真空处理：真空度不超过67pa，并在此真空度下保持时间不低于16min后破真空，并控制钢中氢含量不超过2ppm，钢液中溶解氧含量不超过6ppm；5）进行浇注：钢水浇完后，关闭钢水罐底部水口，并向钢包中常规投入铁矿粉，以使渣中以ca3p2形式存在的有毒磷化物在高温下快速氧化为p2o5；6）常规进行后工序。其在于：所述脱磷专用包芯线，其芯料的组成及重量百分比含量为：ca：38~60%，ba：18~40%，助熔剂caf2：10~15%，si：5~12%，余量为fe及al，并制成包芯线，即将所述原料进行充分混合均匀后制成直径在10~15mm的包芯线即可。其在于：在lf炉中进行精炼时，其整个精炼过程是在lf炉内压力高于外界压力不低于0.01mpa的正压状态下进行的。在本发明中，之所以脱磷采用专用包芯线，这是由于包芯线的芯中原料ca及ba都能与磷反应生成ca3p2或ba3p2，生成物进入渣中并被去除；之所以添加助熔剂caf2在10~15%，是由于该成分利于快速化渣，并促进脱磷反应快速进行；添加si在5~12%，是由于ca和ba多数以casi合金或bacasi复合合金形式存在，纯ca或ba成本过高，添加余量的fe作为填充剂，保证包芯线压实，利于喂入，添加微量的al是保证反应区域的还原环境。在本发明中，之所以将lf炉处理时间控制在30~40min，且要求炉内的气氛达到还原气氛，即炉温达到1660~1680℃，渣的cao/sio2二元碱度达到4~6，渣中（feo+mno）质量百分含量不超过0.5%，钢液面至炉盖的非完全密闭空间内，且炉内达到还原气氛后，调整氩气流量在0.05m3/吨钢·min，并使钢液面裸露直径不超过20cm，是由于为避免钢水过多的裸露而产生二次污染问题.整个精炼过程之所以是在lf炉内压力高于外界压力不低于0.01mpa的正压状态下进行的，是为了保证还原性渣尽量不与空气中的氧气接触，脱磷生成物ca3p2和ba3p2不被氧化而重新进入钢液中。喂脱磷专用包芯线结束后，在喂入速度为4~6m/s下按照2~2.5m/吨钢一次性喂入铝包芯线，是为了持续保持炉渣的还原性，因为铝是强还原元素，调整温度是为了保证vd和浇注过程顺利、温度可控。本发明与现有技术相比，在短流程、过程电能利用率高、设备和工艺简单的前提下，还能提高还原脱磷反应效率，即使脱磷效率达到30~60%，脱硫率达到90%以上；能及时进行脱磷渣的无害化处理，且铬、钒不受损而予以保证含量，同时成品硫、磷含量分别不高于0.003%和0.015%，大大提高了h13模具钢的洁净度及性能质量，完全满足市场对高性能h13模具钢的要求。具体实施方式下面对本发明予以详细描述：本发明个实施例均按照
背景技术：
中所描述的h13模具钢成分进行冶炼，即：h13模具钢的基本成分列表成分csimncrmovpswt%0.32~0.450.80~1.200.20~0.504.75~5.501.10~1.750.80~1.20≤0.030≤0.03实施例1以h13模具钢的基本成分中取值并进行中频炉冶炼，1）进行中频炉冶炼，使钢水温度达到1610℃时出钢，并在出钢前捞出浮渣，出钢前测得钢液部分元素成分如下；成分csimncrmovpswt%0.351.100.204.201.200.0200.0320.0202）出钢：在出钢前，先将钢水罐烘烤至内壁温度至1170℃，总烘烤时间150min，并在钢水罐中按照2kg/吨钢加入铝块，按照25kg/吨钢加入石灰，按照2kg/吨钢加入萤石；出钢至钢水罐：3）在lf炉中进行精炼：a、在钢水罐进入lf炉之前，先在lf炉底部通入氩气，其通入流量控制在0.045~0.05m3/t·min，并保持全程氩气精确控制；在lf炉通入氩气的同时，按照：石灰：30kg/吨钢，铝粒0.95kg/吨钢加入到lf炉中，并充分搅拌及进行电极加热；b、将lf炉中的气氛调整为还原气氛：此时炉温在1660~1665℃，渣的cao/sio2二元碱度在5.8，渣中feo+mno的质量百分含量在0.38%，炉盖下区域压力为0.112mpa，此时调整钢液部分成分至目标范围，具体如下：成分csimncrmovpswt%0.381.100.304.901.200.900.0350.015上表中，由于合金中均含有微量的磷，合金调整后钢液磷含量增加，而还原性气氛下，硫已有部分脱除。c、在lf炉中的气氛达到还原气氛后，调整炉内的氩气流量至0.05m3/吨钢·min；d、喂入专用包芯线进行脱磷：喂入总量按照50kg/吨钢进行；喂入专用包芯线的速度为6m/s，并分二批次等量喂入，两次时间间隔在15s；所述专用包芯线芯料的组分及重量百分比含量为：ca：38%，ba：40%，助熔剂caf2：10%，si：5%，余量为fe及al，并制成直径为13mm的包芯线e、喂入铝线脱氧：先通过电极加热将炉温调整到1640℃，再按照2.5m/吨钢一次性喂入铝包芯线，喂入速度在6m/s；精炼时间在32min；4）在vd进行常规真空处理：真空度在30pa，并在此真空度下保持了18min后破真空，并使钢中氢含量在1.5ppm，钢液中溶解氧含量在3.5ppm；5）进行浇注：钢水浇完后，关闭钢水罐底部水口，并向钢包中常规投入铁矿粉，以使渣中以ca3p2形式存在的有毒磷化物在高温下快速氧化为无害的p2o5，达到无害化目的；6）常规进行后工序。经检测，本次冶炼的成品h13成分如下：成分csimncrmovpswt%0.401.150.304.901.200.900.0140.0008经计算，本方案中脱磷效率达到60%；脱硫率达到96%。实施例2以h13模具钢的基本成分中取值并进行中频炉冶炼，1）进行中频炉冶炼，使钢水温度达到1620℃时出钢，并在出钢前捞出浮渣，出钢前测得钢液部分元素成分如下；成分csimncrmovpswt%0.300.900.224.001.300.0400.0260.0252）出钢：在出钢前，先将钢水罐烘烤至内壁温度至1200℃，总烘烤时间160min，并在钢水罐中按照1.6kg/吨钢加入铝块，按照22kg/吨钢加入石灰，按照1.6kg/吨钢加入萤石；出钢至钢水罐：3）在lf炉中进行精炼：a、在钢水罐进入lf炉之前，先在lf炉底部通入氩气，其通入流量控制在0.045~0.055m3/t·min，并保持全程氩气精确控制；在lf炉通入氩气的同时，按照：石灰：28kg/吨钢，铝粒0.90kg/吨钢加入到lf炉中，并充分搅拌及进行电极加热；b、将lf炉中的气氛调整为还原气氛：此时炉温在1670~1675℃，渣的cao/sio2二元碱度在4.8，渣中feo+mno的质量百分含量在0.48%，炉盖下区域压力为0.115mpa，此时调整钢液部分成分至目标范围，具体如下：成分csimncrmovpswt%0.391.050.405.201.400.950.0300.022上表中，由于合金中均含有微量的磷，合金调整后钢液磷含量增加，而还原性气氛下，硫已有部分脱除。c、在lf炉中的气氛达到还原气氛后，调整炉内的氩气流量至0.05m3/吨钢·min；d、喂入专用包芯线进行脱磷：喂入总量按照35kg/吨钢进行；喂入专用包芯线的速度为5m/s，并分二批次等量喂入，两次时间间隔在20s；所述专用包芯线芯料的组分及重量百分比含量为：ca：50%，ba：20%，助熔剂caf2：12%，si：10%，余量为fe及al，并制成直径为13mm的包芯线e、喂入铝线脱氧：先通过电极加热将炉温调整到1650℃，再按照2.2m/吨钢一次性喂入铝包芯线，喂入速度在5.5m/s；精炼时间在36min；4）在vd进行常规真空处理：真空度在60pa，并在此真空度下保持了20min后破真空，并使钢中氢含量在1.8ppm，钢液中溶解氧含量在6ppm；5）进行浇注：钢水浇完后，关闭钢水罐底部水口，并向钢包中常规投入铁矿粉，以使渣中以ca3p2形式存在的有毒磷化物在高温下快速氧化为无害的p2o5，达到无害化目的；6）常规进行后工序。经检测，本次冶炼的成品h13成分如下：成分csimncrmovpswt%0.381.110.415.181.400.950.0150.0013经计算，脱磷效率达到42.3%；脱硫率达到95%。实施例3以h13模具钢的基本成分中取值并进行中频炉冶炼，1）进行中频炉冶炼，使钢水温度达到1630℃时出钢，并在出钢前捞出浮渣，出钢前测得钢液部分元素成分如下；成分csimncrmovpswt%0.380.110.324.501.250.0300.0230.0162）出钢：在出钢前，先将钢水罐烘烤至内壁温度至1150℃，总烘烤时间100min，并在钢水罐中按照1.5kg/吨钢加入铝块，按照20kg/吨钢加入石灰，按照1.2kg/吨钢加入萤石；出钢至钢水罐：3）在lf炉中进行精炼：a、在钢水罐进入lf炉之前，先在lf炉底部通入氩气，其通入流量控制在0.040~0.045m3/t·min，并保持全程氩气精确控制；在lf炉通入氩气的同时，按照：石灰：25kg/吨钢，铝粒0.80kg/吨钢加入到lf炉中，并充分搅拌及进行电极加热；b、将lf炉中的气氛调整为还原气氛：此时炉温在1675~1680℃，渣的cao/sio2二元碱度在4.0，渣中feo+mno的质量百分含量在0.50%，炉盖下区域压力为0.11mpa，此时调整钢液部分成分至目标范围，具体如下：成分csimncrmovpswt%0.411.160.485.101.701.150.0240.014上表中，由于合金中均含有微量的磷，合金调整后钢液磷含量增加，而还原性气氛下，硫已有部分脱除。c、在lf炉中的气氛达到还原气氛后，调整炉内的氩气流量至0.06m3/吨钢·min；d、喂入专用包芯线进行脱磷：喂入总量按照20kg/吨钢进行；喂入专用包芯线的速度为4m/s，并分二批次等量喂入，两次时间间隔在40s；所述专用包芯线芯料的组分及重量百分比含量为：ca：40%，ba：18%，助熔剂caf2：10%，si：12%，余量为fe及al，并制成直径为13mm的包芯线e、喂入铝线脱氧：先通过电极加热将炉温调整到1658℃，再按照2.0m/吨钢一次性喂入铝包芯线，喂入速度在4m/s；精炼时间在36min；4）在vd进行常规真空处理：真空度在67pa，并在此真空度下保持了16min后破真空，并使钢中氢含量在2ppm，钢液中溶解氧含量在7.8ppm；5）进行浇注：钢水浇完后，关闭钢水罐底部水口，并向钢包中常规投入铁矿粉，以使渣中以ca3p2形式存在的有毒磷化物在高温下快速氧化为无害的p2o5，达到无害化目的；6）常规进行后工序。经检测，本次冶炼的成品h13成分如下：成分csimncrmovpswt%0.421.180.485.121.701.120.0160.0016经计算，脱磷效率达到30%；脱硫率达到90%。实施例4以h13模具钢的基本成分中取值并进行中频炉冶炼，1）进行中频炉冶炼，使钢水温度达到1630℃时出钢，并在出钢前捞出浮渣，出钢前测得钢液部分元素成分如下；成分csimncrmovpswt%0.330.070.433.501.250.0300.0310.022）出钢：在出钢前，先将钢水罐烘烤至内壁温度至1180℃，总烘烤时间140min，并在钢水罐中按照1.8kg/吨钢加入铝块，按照23kg/吨钢加入石灰，按照1.4kg/吨钢加入萤石；出钢至钢水罐：3）在lf炉中进行精炼：a、在钢水罐进入lf炉之前，先在lf炉底部通入氩气，其通入流量控制在0.050~0.055m3/t·min，并保持全程氩气精确控制；在lf炉通入氩气的同时，按照：石灰：27kg/吨钢，铝粒0.88kg/吨钢加入到lf炉中，并充分搅拌及进行电极加热；b、将lf炉中的气氛调整为还原气氛：此时炉温在1665~1670℃，渣的cao/sio2二元碱度在5.2，渣中feo+mno的质量百分含量在0.44%，炉盖下区域压力为0.111mpa，此时调整钢液部分成分至目标范围，具体如下：成分csimncrmovpswt%0.361.150.485.301.501.100.0340.012上表中，由于合金中均含有微量的磷，合金调整后钢液磷含量增加，而还原性气氛下，硫已有部分脱除。c、在lf炉中的气氛达到还原气氛后，调整炉内的氩气流量至0.06m3/吨钢·min；d、喂入专用包芯线进行脱磷：喂入总量按照36kg/吨钢进行；喂入专用包芯线的速度为4m/s，并分二批次等量喂入，两次时间间隔在10s；所述专用包芯线芯料的组分及重量百分比含量为：ca：45%，ba：30%，助熔剂caf2：12%，si：8%，余量为fe及al，并制成直径为13mm的包芯线e、喂入铝线脱氧：先通过电极加热将炉温调整到1655℃，再按照2.2m/吨钢一次性喂入铝包芯线，喂入速度在4.8m/s；精炼时间在38min；4）在vd进行常规真空处理：真空度在67pa，并在此真空度下保持了16min后破真空，并使钢中氢含量在1.8ppm，钢液中溶解氧含量在6.8ppm；5）进行浇注：钢水浇完后，关闭钢水罐底部水口，并向钢包中常规投入铁矿粉，以使渣中以ca3p2形式存在的有毒磷化物在高温下快速氧化为无害的p2o5，达到无害化目的；6）常规进行后工序。经检测，本次冶炼的成品h13成分如下：成分csimncrmovpswt%0.381.180.485.321.511.120.020.002经计算，脱磷效率达到41%；脱硫率达到90%。实施例5以h13模具钢的基本成分中取值并进行中频炉冶炼，1）进行中频炉冶炼，使钢水温度达到1622℃时出钢，并在出钢前捞出浮渣，出钢前测得钢液部分元素成分如下；成分csimncrmovpswt%0.250.080.323.050.750.030.0210.0332）出钢：在出钢前，先将钢水罐烘烤至内壁温度至1190℃，总烘烤时间180min，并在钢水罐中按照1.9kg/吨钢加入铝块，按照24kg/吨钢加入石灰，按照1.8kg/吨钢加入萤石；出钢至钢水罐：3）在lf炉中进行精炼：a、在钢水罐进入lf炉之前，先在lf炉底部通入氩气，其通入流量控制在0.045~0.050m3/t·min，并保持全程氩气精确控制；在lf炉通入氩气的同时，按照：石灰：29kg/吨钢，铝粒0.95kg/吨钢加入到lf炉中，并充分搅拌及进行电极加热；b、将lf炉中的气氛调整为还原气氛：此时炉温在1675~1680℃，渣的cao/sio2二元碱度在5.8，渣中feo+mno的质量百分含量在0.34%，炉盖下区域压力为0.113mpa，此时调整钢液部分成分至目标范围，具体如下：成分csimncrmovpswt%0.401.050.384.901.350.850.0220.018上表中，由于合金中均含有微量的磷，合金调整后钢液磷含量增加，而还原性气氛下，硫已有部分脱除。c、在lf炉中的气氛达到还原气氛后，调整炉内的氩气流量至0.055m3/吨钢·min；d、喂入专用包芯线进行脱磷：喂入总量按照40kg/吨钢进行；喂入专用包芯线的速度为5.2m/s，并分二批次等量喂入，两次时间间隔在18s；所述专用包芯线芯料的组分及重量百分比含量为：ca：42%，ba：25%，助熔剂caf2：11%，si：8%，余量为fe及al，并制成直径为13mm的包芯线e、喂入铝线脱氧：先通过电极加热将炉温调整到1660℃，再按照2.4m/吨钢一次性喂入铝包芯线，喂入速度在4.5m/s；精炼时间在37min；4）在vd进行常规真空处理：真空度在46pa，并在此真空度下保持了21min后破真空，并使钢中氢含量在1.6ppm，钢液中溶解氧含量在6.1ppm；5）进行浇注：钢水浇完后，关闭钢水罐底部水口，并向钢包中常规投入铁矿粉，以使渣中以ca3p2形式存在的有毒磷化物在高温下快速氧化为无害的p2o5，达到无害化目的；6）常规进行后工序。经检测，本次冶炼的成品h13成分如下：成分csimncrmovpswt%0.411.080.394.951.700.850.0130.003经计算，脱磷效率达到38%；脱硫率达到91%。本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。当前第1页12