减少铸钢件冶炼过程中钢液夹杂物的冶炼方法

摘要

一种减少铸钢件冶炼过程中钢液夹杂物的冶炼方法，包括备料、吹氧脱碳、还原、出钢、LF精炼、钢包吹氩的步骤，在还原步骤中，向钢液中插入铝块进行沉淀脱氧，铝块的加入量占钢液的比例为1kg～2kg/t，同时在钢液表面的渣面上加入铝粒进行扩散脱氧，铝粒的加入量占钢液的比例为0.5kg～1kg，此处采用向钢液中插入铝块进行沉淀脱氧，同时加入钢液表面加入铝粒进行扩散脱氧的联合脱氧方式来还原钢液，采用该方法生产的钢液完全符合GB/T10561的要求，最终钢液夹杂物能达到粗细1级，细系1.5级水平，平均夹杂物面积为0.04%，夹杂物平均尺寸为4.2±0.1μm，较以前的夹杂物面积减少50%，尺寸大小减小60%。

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼高品质铸钢件的钢液精炼技术领域，尤其涉及一种减少铸钢件冶炼过程中钢液夹杂物的冶炼方法。

背景技术

目前，我国的废钢资源丰富，且采用废钢冶炼钢液属于变废为宝，能有效解决我国的资源短缺和环境问题，但是废钢中含有较高的合金元素，根据来源不同，可以分为内生夹杂物和外来夹杂物，外来夹杂物主要是从原材料、炉渣、耐材剥落及钢液的二次氧化等带入，内生夹杂物主要指脱氧产物及一些杂质元素的沉淀物等，根据成分及形状的不同，大概可以分为五类：硫化物、氧化铝、硅酸盐、球形氧化物、单颗粒的球状夹杂物，且在吹氧脱碳过程、还原过程、合金化过程、出钢浇注过程中，均可能产生大量的夹杂物，如何有效快速的除去这些夹杂物成为电炉炼钢的一大难点。

发明内容

有必要提出一种减少铸钢件冶炼过程中钢液夹杂物的冶炼方法。

一种减少铸钢件冶炼过程中钢液夹杂物的冶炼方法，包括以下步骤：

备料：采用废钢和生铁作为冶炼的原料，废钢和生铁的加入比例为3:1；

吹氧脱碳：采用EAF炉对原料进行升温熔化，至钢液溶清后检测碳含量，以使脱碳量大于0.4%，继续升温至1620℃～1650℃时方可进行吹氧脱碳，吹氧流量控制在2500～3000m³/h，每次持续吹氧200m³后，停止吹氧使钢液静沸腾10min，然后再继续吹氧，直至碳含量不超过铸件对碳含量的要求，并且此时通过检测控制钢液最低碳含量大于0.05%；

还原：向钢液中插入铝块进行沉淀脱氧，铝块的加入量占钢液的比例为1kg～2kg/t，同时在钢液表面的渣面上加入铝粒进行扩散脱氧，铝粒的加入量占钢液的比例为0.5kg～1kg，铝粒的粒径为5mm～20mm，取样分析当钢液中Al含量大于0.03%后，方可出钢；

出钢：在出钢过程中，钢液出钢1/3后，向钢包中的钢液表面随流加入脱硫剂，加入量占钢包内未出钢液重量的比例为：3kg～5kg/t，出钢速度为7～10t/min；

LF精炼：钢液到达LF炉后，首先进行测温、测氧活度，钢液温度保持在1570～1600℃之间，当氧活度大于10ppm时，加入Al粒进行扩散脱氧，以降低氧活度，铝粒的加入量占钢液比例为：3kg～5kg/t，同时分批次的加入活性石灰进行调渣操作，活性石灰每批次加入量300kg，分2、3批次加入，铝粒和活性石灰加入后，待钢液反应至少10min，然后再测氧活度，直至氧活度小于5ppm；

钢包吹氩：在上述LF精炼步骤中，在加入铝粒和活性石灰并反应至少10min的过程中，保持对钢液进行吹氩，氩气的压力在0.4～0.6MPa之间，然后改变氩气的压力为0.2～0.4MPa之间，保持吹氩20min，再改变氩气的压力为0.05～0.2MPa之间，保持吹氩10min。

采用该方法生产的钢液完全符合GB/T10561的要求，最终钢液夹杂物能达到粗细1级，细系1.5级水平，平均夹杂物面积为0.04%，夹杂物平均尺寸为4.2±0.1μm，较以前的夹杂物面积减少50%，尺寸大小减小60%。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中做进一步的说明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

本发明实施例提供了一种减少铸钢件冶炼过程中钢液夹杂物的冶炼方法，包括以下步骤：

备料：采用废钢和生铁作为冶炼的原料，废钢和生铁的加入比例为3:1。

吹氧脱碳：采用EAF炉冶炼对原料进行升温熔化，至钢液溶清后检测碳含量，以使脱碳量大于0.4%，继续升温至1620℃～1650℃时方可进行吹氧脱碳，吹氧流量控制在2500～3000m³/h，每次持续吹氧200m³后，停止吹氧使钢液静沸腾10min，然后再继续吹氧，直至碳含量满足铸件要求，例如铸件要求碳含量为0.12%～0.18%，此时通过检测钢液的碳含量为不大于0.12%，即为满足铸件要求，并且此时控制钢液最低碳含量要大于0.05%，避免钢液达到过度氧化的状态而产生大量的夹杂物。

如果此时检测碳含量不能达到要求，可以继续添加生铁来实现增碳，或者继续吹氧实现降碳。

此处的脱碳量为钢液初始碳含量减去最终碳含量。

吹氧脱碳的主要目的就是在吹氧脱碳过程中氧与钢液中的碳反应形成的一氧化碳、二氧化碳气泡，这些气泡能携带钢液中的各类外来夹杂物上浮，从而达到净化钢液的目的，为了充分的净化钢液，必须保证脱碳量大于0.4%。

还原：向钢液中插入铝块进行沉淀脱氧，铝块的加入量占钢液的比例为1kg～2kg/t，同时在钢液表面的渣面上加入铝粒进行扩散脱氧，铝粒的加入量占钢液的比例为0.5kg～1kg，铝粒的粒径为5mm～20mm，取样分析当钢液中Al含量大于0.03%后，方可出钢。

由于废钢中本身含有Si、Mn、Cr等易氧化的元素，在吹氧脱碳过程中这些元素会被氧化而形成夹杂物，虽然其在吹氧脱碳过程中会上浮一部分，但仍然还有20%以上的这类夹杂物不能上浮到渣面上，如果我们在电弧炉的钢液还原过程中加入硅铁、锰铁合金，这就进一步增加了钢液中此类夹杂物的数量，根据这个特点我们采用向钢液中插入铝块进行沉淀脱氧，同时加入钢液表面加入铝粒进行扩散脱氧的联合脱氧方式来还原钢液，取样分析当钢液中Al含量大于0.03%后，方可出钢。

出钢：在出钢过程中，钢液出钢1/3后，向钢包中的钢液表面随流加入脱硫剂，加入量占钢包内未出钢液重量的比例为：3kg～5kg/t，出钢速度为7～10t/min，例如：50t钢液应加入150～250kg脱硫剂，脱硫剂一方面能进一步还原钢液，另一方面也能起到保护钢液不被空气氧化的效果；出钢速度控制在7～10t/min，过快或者过慢都不利于钢液质量；以上冶炼过程采用EAF炉冶炼。

LF精炼：钢液到达LF炉后，首先进行测温、测氧活度，钢液温度保持在1570～1600℃之间，当氧活度大于10ppm时，加入Al粒进行扩散脱氧，以降低氧活度，铝粒的加入量占钢液比例为：3kg～5kg/t，同时分批次的加入活性石灰进行调渣操作，活性石灰每批次加入量300kg，分2、3批次加入，铝粒和活性石灰加入后，待钢液反应至少10min，然后再测氧活度，直至氧活度小于5ppm。

当氧活度小于5ppm时，此时钢液中的还原性氛围已经很充分了，此时就可以进行成分调整了，直至成分调整合格。

钢包吹氩：在上述LF精炼步骤中，在加入铝粒和活性石灰并反应至少10min的过程中，保持对钢液进行吹氩，氩气的压力在0.4～0.6MPa之间，然后改变氩气的压力为0.2～0.4MPa之间，保持吹氩20min，再改变氩气的压力为0.05～0.2MPa之间，保持吹氩10min。

在精炼过程中对钢液进行吹氩已经是非常普遍的工艺了，但其方式不同，其效果也不一样，本发明采用分阶段调整氩气压力的吹氩方式，最大限度的使夹杂物上浮：在精炼的前20min时间里，即加入铝粒和活性石灰并反应至少10min的过程中，氩气的压力在0.4～0.6MPa之间，这个时候氩气压力较大，钢液和表面的渣层能充分接触，在EAF炉形成的大颗粒夹杂物能快速的上浮，主要是尺寸大于4μm的夹杂物，在之后20min，将氩气压力调整到0.2～0.4MPa，这时的氩气压力较小，钢液中剩余的小颗粒夹杂物就会上浮，主要是尺寸在1～4μm的夹杂物，同时氩气压力小，使钢液也不至于裸露到空气中，形成新的夹杂物；最后当成分、温度合适后，再将氩气压力调整到0.05～0.2MPa之间，进一步将微小夹杂物上浮，主要是尺寸小于1μm的夹杂物。

本发明采用先EAF炉冶炼，再LF精炼。

浇注前40min，对型腔进行吹氩操作，吹氩压力在0.1～0.3MPa之间，缓慢的将型腔中的空气赶出，避免钢液在型腔中氧化而形成新的夹杂物,检测铸件中全氧含量达到35ppm以下，较之前采用传统方法冶炼制得的钢液的全氧含量为50ppm，下降30%。

采用该方法生产的钢液完全符合GB/T10561的要求，经过检测，最终钢液夹杂物能达到粗细1级，细系1.5级水平，平均夹杂物面积为0.04%，即：100mm²的面积内，夹杂物面积占0.04mm²，夹杂物平均尺寸为4.2±0.1μm，较以前的夹杂物面积减少50%，尺寸大小减小60%。

进一步，为减少外来夹杂物的混入，备料时，先对废钢进行除锈处理。

进一步，在出钢步骤中，当钢液出至1/3时，将脱硫剂加入到钢包内的钢液表面上，并保持边出钢、边加入，当出钢完毕，脱硫剂加入完毕。此过程中，浮在钢液表面的脱硫剂随着钢液的流动仍然浮在钢液的表面，实现脱硫剂一方面能进一步还原钢液，另一方面也能起到保护钢液不被空气氧化的效果。

脱硫剂采用市面销售的常规脱硫剂，其中主要成份为氧化钙。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。