專利名稱：一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法。
背景技術：
我國是世界鋼產(chǎn)量第一的鋼鐵大國，但鋼材品種、質(zhì)量與國外先進水平還有相當大的差距，仍有相當數(shù)量的鋼材需要進口。現(xiàn)代化的鋼材產(chǎn)品研發(fā)過程，研發(fā)人員期望用幾百公斤，幾十公斤，甚至十幾公斤重量的試樣代替幾十噸重的鋼坯，用小規(guī)模的冶軋實驗設備代替龐大的冶軋生產(chǎn)設備，用這種小規(guī)模的冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺來反映大規(guī)模的鋼材生產(chǎn)現(xiàn)場的真實情況。需要建設并依托這樣一個小規(guī)模的冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺進行新產(chǎn)品研發(fā)，以小試樣，在嚴格控制的實驗條件下，進行模擬工業(yè)條件的冶軋中試實驗。通過冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺開展冶煉、熱軋、冷軋和深加工工序的試驗模擬，不僅能夠有效規(guī)避風險，做到產(chǎn)品研發(fā)低成本、高效率，還有利于深入開展前沿、重大、共性、基礎技術研究，提升原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新的能力，切實打造一批核心技術和拳頭產(chǎn)品。冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺，主要由煉鋼、軋鋼、后處理等部分構成，是多功能、組合型的中試實驗研究設備，模擬和再現(xiàn)現(xiàn)代化冶煉、軋制及深加工過程，超越現(xiàn)有軋制過程的中試研究平臺，為“板管軌線”鋼材新產(chǎn)品開發(fā)模擬軋制板狀試樣，保證軋制技術、裝備和產(chǎn)品研發(fā)實驗結果的可控性和可靠性。`冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺是科技成果向生產(chǎn)領域轉化的重要橋梁，是科研與生產(chǎn)結合的關鍵環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸與接口，是依靠科技促進企業(yè)轉型升級的重要舉措。冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程優(yōu)化、產(chǎn)品升級和市場競爭力提高起著重要的基礎性支撐作用，因此，目前國內(nèi)外許多鋼鐵企業(yè)已在大力推動冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺建設。這既是鋼鐵企業(yè)科技創(chuàng)新中一項具有普適性、基礎性的工作，也是事關鋼鐵企業(yè)效率、質(zhì)量、成本的共性研究課題，對提高企業(yè)的競爭力意義重大。|丐處理鈣處理是指在鋼水中加入鈣系合金對鋼液中的夾雜物進行形態(tài)控制的技術。鈣處理是將鋼液脫氧、脫硫到極低水平、控制氧化物、硫化物夾雜變性的重要方法。用鈣來控制鋼材產(chǎn)品的氧化物、硫化物夾雜的形狀、尺寸和分布，所獲得的含鈣夾雜物即使經(jīng)過后續(xù)的熱加工操作之后仍將保持其球形，因而防止了鏈狀氧化物、長條狀硫化物的形成，鋼材產(chǎn)品性能的各向異性得以大幅度減小，尤其是可提高產(chǎn)品Z向、橫向的延展性。鈣處理的優(yōu)點是工藝的靈活性強、可提高鋼液的清潔度、減少水口堵塞的發(fā)生頻率、提高鋼材產(chǎn)品的可加工性、延展性和沖擊性能。只有讓鈣最大限度地加入鋼液中，才能夠提高鈣處理效率，降低鈣處理成本。因此，鋼包喂包芯線的鈣處理工藝穩(wěn)定性是一個重要的研究課題，仍然需要進行大量的實驗研究，持續(xù)優(yōu)化喂線工藝，精確控制以提高鈣的收得率。
鋼包精煉法在煉鋼生產(chǎn)中已經(jīng)應用十分普遍，鋼包精煉后的二次氧化和溫度降低會生成脫氧產(chǎn)物，從而形成夾雜物懸浮于鋼液中，這在煉鋼生產(chǎn)中幾乎是不可避免的。夾雜物的種類對產(chǎn)品性能的影響已經(jīng)研究得較為清楚，為了防止對產(chǎn)品有壞影響的夾雜物殘留在鋼中，或者為了把不得已殘留在鋼中的夾雜物轉變?yōu)閷Ξa(chǎn)品性能無害的夾雜物(夾雜物的無害化)，夾雜物的形態(tài)控制業(yè)應運而生。鈣處理對Al2O3夾雜物的變性鋁脫氧的鋼中存在的氧化鋁夾雜物多數(shù)熔點很高，在連鑄溫度下呈固態(tài)，很容易在中間包水口處聚積引起堵塞。而且殘留在鋼中的Al2O3夾雜物與鋼的基體相比呈硬脆性，在軋制過程很容易被破碎并且延軋制方向連續(xù)分布，從而造成嚴重的缺陷。Al2O3系夾雜物的密度比鋼液密度小，如果能夠控制鋁脫氧產(chǎn)物的形態(tài)使其在煉鋼連鑄溫度下呈液態(tài)，就可以使大量的這類脫氧產(chǎn)物在進入中間包之前從鋼液中上浮去除，不僅可以減輕中間包水口堵塞問題保證·連鑄順利進行，而且可以增加鋼的清潔度、改善鋼的質(zhì)量。鈣處理是在鋼液中加入鈣使其與鋼中鋁氧化物形成CaO-Al2O3系化合物，從而達到了對Al2O3夾雜物的改性。鈣處理對MnS夾雜的變性處理MnS與鋼基體的物理性質(zhì)如膨脹系數(shù)不同，二者相差較大。在夾雜物區(qū)域范圍內(nèi)，由于膨脹系數(shù)的差異而形成了一種所謂的預破壞區(qū)，這對斷裂的發(fā)生和發(fā)展有著決定性作用。軋管過程中，管坯中的團狀或塊狀MnS沿軋管的縱向延伸變形，形成條狀夾雜物，變形的MnS與鋼基體增加了界面，由于二者的膨脹量不同，則冷卻時收縮量也不同，這樣MnS與鋼基體界面間就產(chǎn)生了內(nèi)應力，減弱了二者間的結合力，所以微小的應變就能在界面間形成空洞，空洞間的橫向間距很小，當超過極限應變范圍時，就發(fā)生空洞的聚合，引起塑性開裂。另外，MnS夾雜與鋼基體由于膨脹系數(shù)不同而引起的間隙易容納氫，成為氫的陷阱，增加氫致裂紋的敏感性；MnS夾雜與基體由于膨脹系數(shù)不同而引起的間隙易成為應力腐蝕的開裂源、導致腐蝕孔的形成等。所以控制MnS的形態(tài)和組成十分重要。Ca處理不僅能控制Al2O3的形態(tài)和組成，也能控制MnS的形態(tài)和組成。無論鋼中Al量如何，只要加入Ca，一般生成球形或團狀CaS或(Ca、Mn) S，避免了枝晶狀MnS的形成。鈣處理工藝喂線(絲)前S含量的控制要求在鋼包爐精煉過程中，對鋼水進行喂Ca線處理具體按如下要求進行控制:w[S]< 0.005%時按 550g/t 鋼加入 CaSi 線，w[S] > 0.005%時按 700g/t 鋼加入 CaSi 線。一般來說進行鈣處理之前應該把硫脫到0.01%以下，否則對鈣的消耗較大，同時也會生成較多的高熔點的硫化鈣。喂線(絲)前吹氬及吹氬量LF內(nèi)吹気，主要目的是促進鋼液的脫氧、脫硫、均勻鋼水成分和溫度，促使鋼中夾雜物上浮。但如果設計不合理，操作不當，不僅達不到效果，反而會帶來負面影響。如噴吹氣量較小或噴嘴位置設計不合理，鋼的攪拌效果差，反應動力學條件不好，會達不到理想精煉效果；噴吹氣量過大，易造成鋼液面裸露，也極易形成卷渣，同時也增加氬氣的消耗和成本。喂線(絲)的位置、深度、速度及喂線(絲)時的吹氬合理強度控制。喂線過程“同時吹氬”已經(jīng)成為大多數(shù)人的共識，但是喂線前吹氬更加有利于鋼液的混勻，有利于喂線時鈣的充分利用。喂線(絲)的深度速度及喂線(絲)時的吹氬合理強度控制為了保證喂入的鈣線熔化后能夠在在鋼包中均勻分布，要求喂線位置必須在鋼包中攪拌動能最大的位置上。而氬氣柱所在位置上方正好是整個鋼包中攪拌動能最大的位置，所以應該把鈣線插入到此位置上，即絲線插入位置應與透氣磚在同一水平位置上。喂線(絲)后的吹氬凈化鋼包喂線后應進行吹氬，使遺留在鋼液中的反應產(chǎn)物由攪拌聚合而上浮到渣層中，但又必須防止鋼渣的卷入。因此要保證一定的吹氬時間，同時還要控制氬氣流量，以鋼水微翻為宜。鋼包喂線之后，不允許再進行加熱調(diào)溫或添加其它合金，緩緩攪動2 3min然后連鑄。鈣處理并不是一種新技術，但是它卻在新的歷史時期煥發(fā)出了新的活力。伴隨著近終型連鑄的發(fā)展，鈣處理在鋼廠生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色。鈣處理設備簡單，操作方便，運行成本低，所以幾乎所有的連鑄廠都配備了鈣處理設備。然而雖然鈣處理技術很早就投入實用，但如何精確得控制它以更好的應用于生產(chǎn)中卻一直是一個值得探究的問題，其中涉及到許多求知的理論，也要求做大量的實驗。隨著近終型連鑄對鋼水質(zhì)量的要求越來越高，鈣處理技術的新研究必然也會提到日程上來，因此鈣處理的研究和發(fā)展前景一片光明。真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理

現(xiàn)代化的鋼材新產(chǎn)品、新技術研發(fā)過程，不能在生產(chǎn)線上用一爐近百噸至幾百噸的鋼水做冶煉實驗實驗，也不能用一塊重達幾十噸的鋼坯做熱軋實驗；需要將巨大的冶金廠、復雜的冶煉、軋制和后處理工藝研究過程濃縮到一個小規(guī)模的冶軋中試實驗開發(fā)平臺上，通過冶軋中試實驗創(chuàng)新平臺開展冶煉、熱軋、冷軋和深加工工序的試驗模擬。真空感應爐作為冶軋中試實驗開發(fā)平臺的一部分，以小容量鋼水，在嚴格控制的實驗條件下，進行模擬工業(yè)條件下實驗鋼水的冶煉實驗及鈣處理，是一個重要的研究課題，仍然需要進行大量的實驗研究，持續(xù)優(yōu)化喂線工藝，精確控制以提高鈣的收得率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對因真空感應爐的高真空、密閉條件導致鈣處理在真空感應爐冶煉實驗鋼鋼水中不能廣泛應用，為克服現(xiàn)有真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理工藝及其材料形式的缺陷和不足，提供一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，市場應用前景廣闊。一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，它包括下述的步驟:(I)把計算測量好的硅鈣或鐵鈣包芯線數(shù)支，用細鐵絲捆綁形成包芯線束，然后將包芯線束的一端用細鐵絲捆綁在插入鋼管或插入鋼棒的一端上，再將插入鋼管或插入鋼棒的另一端固定在真空感應爐爐蓋取樣器上，將鋼錠模置于高真空感應爐內(nèi)；(2)把純鐵(或返回廢鋼)、鐵合金裝入真空感應爐坩堝內(nèi)，硅鐵、錳鐵、(金屬銅)、鐵合金等放入多次加料斗；(3)關閉爐蓋后，包芯線束即置于高真空感應爐內(nèi)，抽真空12分鐘至15分鐘，送電加熱爐料；(4)坩堝內(nèi)爐料熔化；
(5)裝入坩堝內(nèi)及多次加料斗內(nèi)的固體原料全部熔化成鋼水；(6)精煉結束后，停止抽真空，并向真空爐腔體內(nèi)充入氬氣；(7)加入Al丸或硅鈣鋇脫氧；(8)根據(jù)坩堝內(nèi)鋼水液面狀態(tài)，調(diào)整底吹氬壓力，底吹氬3 8分鐘；(9)在氬氣保護氣氛下，調(diào)整取樣裝置下降，將包芯線束插入坩堝內(nèi)鋼水液面下約1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位；(10)向坩堝內(nèi)鋼水插入包芯線束后，繼續(xù)底吹氬I 5分鐘，停止底吹氬，將鋼液燒入錠模內(nèi)。這種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，鈣元素回收率高、夾雜少、分布均勻。包芯線束的品種可以是純鈣線、高鈣線、硅鈣線、鐵鈣線之一種。由于本發(fā)明采用了上述技術方案，本發(fā)明與傳統(tǒng)技術相比有以下優(yōu)點和效果:這種真空感應爐坩堝內(nèi)鋼水插入包芯線束的形式應用于真空感應爐冶煉實驗鋼中試生產(chǎn)中，操作簡單、方便、實用，鈣處理工藝時間縮短，鈣處理方法新穎、高效、獨特；鈣處理裝置的加工制造工藝較簡便，不增加專用設備和專門操作人員；包芯線束插入坩堝內(nèi)鋼水液面下，鈣金屬的燒損大幅度降低、收得率大幅度提高，鈣處理綜合成本大幅度降低，鈣金屬在鋼中分布均勻性大幅度提高；突出鈣處理的精細化效果；鈣處理的操作環(huán)境有效改善，鋼中夾雜大幅度降低、實驗鋼質(zhì)量提高、綜合成本降低；這種真空感應爐坩堝內(nèi)鋼水插入包芯線束的鈣處理方法對實驗鋼品種的適應性更強，具有廣泛的實驗鋼鈣處理應用前景。
四

圖1是真空感應爐冶煉實 驗鋼的鈣處理裝置結構示意圖。圖中1-插入鋼管、2-鋼水液面、3-取樣裝置、4-取樣裝置與插入鋼管捆綁連接處、5-真空感應爐坩堝、6-包芯線束。
五具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。根據(jù)實驗鋼鋼水計劃容量、包芯線加入量設計，計算加入的包芯線重量，將稱量好的包芯線捆綁成束。包芯線束的品種可以是純稀土金屬Ce、純稀土金屬La、混合稀土金屬的一種，及硅鈣塊。鈣處理裝置設計設計簡易鈣處理裝置，簡易鈣處理裝置分為三部分。第一部分為包芯線束:根據(jù)實驗鋼鋼水計劃容量、包芯線加入量設計，計算加入的包芯線重量，將稱量好的包芯線捆綁成束。第二部分為插入鋼管或插入鋼棒:插入鋼管直徑約Φ 10 30mm、300 600mm長的低碳焊管或鋼棒,插入鋼管的一
端為連接端，即與取樣裝置捆綁連接；另一端為與包芯線束捆綁連接，插入鋼管屬于一次性使用。第三部分為真空感應爐取樣裝置:
取樣裝置為真空感應爐設備本體的一部分，位于真空感應爐爐蓋上，用于真空條件下從坩堝內(nèi)鋼水取化學成分試樣。利用取樣裝置，將取樣裝置的一端與插入鋼管一端捆綁連接，通過調(diào)整取樣裝置下降，將包芯線束插入坩堝內(nèi)鋼水液面下約1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位。鈣處理加入量設計鈣處理的包芯線加入量根據(jù)實驗的鋼材產(chǎn)品品種、鈣處理的具體要求確定。鈣處理條件坩堝內(nèi)鋼水須經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)，達到鋼液深脫氧和深脫硫的條件。鈣處理工藝操作A、提前準備好插入鋼管3支，一用二備；B、提前準備好插入鋼管及包芯線束后，將包芯線束以鐵絲與插入鋼管一端捆綁連接，以鐵絲將取樣裝置的一端與插入鋼管另一端捆綁連接；C、鋼水經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)；D、在鋼水經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)之后，立即利用簡易鈣處理裝置，通過調(diào)整取樣裝置下降，將包芯線束插入鋼水液面下1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位。繼續(xù)底吹氬I 2分鐘，將鋼液澆入錠模內(nèi)。實施例1:本發(fā)明所述的一種 真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，首先按照技術要求及附圖1加工制造鈣處理裝置及數(shù)量，按照技術要求及實驗計劃準備硅鈣包芯線束及數(shù)量，插入鋼管一端與包芯線束一端捆綁連接固定，以鐵絲將取樣裝置的一端與插入鋼管另一端捆綁連接固定。實驗鋼鋼水經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)，達到鋼液深脫氧和深脫硫的條件之后，立即利用簡易鈣處理裝置，通過調(diào)整取樣裝置下降，將硅鈣包芯線束插入鋼水液面下1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位。繼續(xù)底吹氬I 2分鐘，將鋼液澆入錠模內(nèi)。實施例2:本發(fā)明所述的一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，首先按照技術要求及附圖1加工制造鈣處理裝置及數(shù)量，按照技術要求及實驗計劃準備鐵鈣包芯線束及數(shù)量，插入鋼管一端與鐵鈣包芯線束一端捆綁連接固定，以鐵絲將取樣裝置的一端與插入鋼管另一端捆綁連接固定。實驗鋼鋼水經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)，達到鋼液深脫氧和深脫硫的條件之后，立即利用簡易鈣處理裝置，通過調(diào)整取樣裝置下降，將鐵鈣包芯線束插入鋼水液面下1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位。繼續(xù)底吹氬I 2分鐘，將鋼液澆入錠模內(nèi)。實施例3:本發(fā)明所述的一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，首先按照技術要求及附圖1加工制造鈣處理裝置及數(shù)量，按照技術要求及實驗計劃準備純鈣包芯線束及數(shù)量，插入鋼管一端與純鈣包芯線束一端捆綁連接固定，以鐵絲將取樣裝置的一端與插入鋼管另一端捆綁連接固定。實驗鋼鋼水經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)，達到鋼液深脫氧和深脫硫的條件之后，立即利用簡易鈣處理裝置，通過調(diào)整取樣裝置下降，將純鈣包芯線束插入鋼水液面下1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位。繼續(xù)底吹氬I 2分鐘，將鋼液燒入錠模內(nèi)。
權利要求
1.一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，其特征在于利用取樣器設計一種插入包芯線束的鈣處理裝置，由插入鋼管或插入鋼棒、包芯線束、連接裝置組合而成，包芯線束的品種可以是純鈣線、高鈣線、硅鈣線、鐵鈣線之一種。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，其特征在于操作步驟如下所述: (1)把計算測量好的硅鈣或鐵鈣包芯線數(shù)支，用細鐵絲捆綁形成包芯線束，然后將包芯線束的一端用細鐵絲捆綁在插入鋼管或插入鋼棒的一端上，再將插入鋼管或插入鋼棒的另一端固定在真空感應爐爐蓋取樣器上，將鋼錠模置于高真空感應爐內(nèi)； (2)把純鐵、鐵合金裝入真空感應爐坩堝內(nèi)，硅鐵、錳鐵、銅、鐵合金等放入多次加料斗； (3)關閉爐蓋后，包芯線束即置于高真空感應爐內(nèi)，抽真空12分鐘至15分鐘，送電加熱爐料； (4)將裝入坩堝內(nèi)及多次加料斗內(nèi)的爐料全部熔化； (6)在坩堝內(nèi)鋼水經(jīng)過精煉結束之 后，停止抽真空，并向真空爐腔體內(nèi)充入氬氣； (7)加入Al丸或硅鈣鋇脫氧； (8)根據(jù)坩堝內(nèi)鋼水液面狀態(tài)，調(diào)整底吹氬壓力，底吹氬3 8分鐘； (9)在氬氣保護氣氛下，調(diào)整取樣裝置下降，將包芯線束插入坩堝內(nèi)鋼水液面下1/2 2/3處，30 90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位； (10)向坩堝內(nèi)鋼水插入包芯線束后，繼續(xù)吹氬I 5分鐘，停止底吹氬，將鋼液澆入錠模內(nèi)。
全文摘要
一種真空感應爐冶煉實驗鋼的鈣處理方法，屬于鋼鐵冶金技術領域。利用真空感應爐取樣器設計一種插入包芯線束的鈣處理裝置，在真空感應爐坩堝內(nèi)鋼水經(jīng)過精煉(高真空或及底吹氬)條件下，將包芯線束插入坩堝內(nèi)鋼水液面下1/2～2/3處，30～90秒鐘后，調(diào)整取樣裝置復位，向坩堝內(nèi)鋼水插入包芯線束后，繼續(xù)吹氬1～5分鐘，停止底吹氬，將鋼液澆入錠模內(nèi)。本發(fā)明具有鈣處理操作簡單、方便、實用，鈣處理方法新穎、高效、獨特，鈣元素回收率高、夾雜少的特點。
文檔編號C21C7/04GK103114172SQ20131006690
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權日2013年3月4日
發(fā)明者程德富, 趙殿清, 張輝, 羅桂文, 王福森, 王海明, 王榮, 喬團結 申請人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司