焊接钙包芯线及其在钢液精炼中的应用方法

摘要

一种焊接钙包芯线及其在钢液精炼中的应用方法。焊接钙包芯线，是由高频感应焊接法焊接而成的无缝钢壳包裹固体钙芯线而形成的直径8～10mm的线体，固体钙芯线重52～60g/m，无缝焊接钢壳重180～230g/m。焊接钙包芯线线径均匀，机械强度高，能够喂入钢液中更深部分，减缓或避免喷溅，并使钙能够均匀的分布在钢包内钢液中，提高了钙线的使用效率(钙收得率提高2～5倍)，且去夹杂效果更佳，钢的探伤合格率提高至99％以上；利用该方法可减少焊接钙包芯线的喂入量，不但能降低炼钢生产成本，还能节约钙处理时间，减少钢水钙处理过程中的温度损失，有效控制钢水处理过程中的钢水增氮、增氧情况。

说明书

id="p0001" num="0001"> 焊接钙包芯线及其在钢液精炼中的应用方法 技术领域

本发明涉及钢液精炼技术领域， 具体涉及一种焊接钙包芯线及其在 钢液精炼中的应用方法。

背景技术

喂线技术是继喷粉技术之后发展起来的新的钢液精炼技术， 就是将 钢液脱氧、 脱硫、 增碳、 夹杂变性、 成分微调所需的材料制成线状物（实 心线或填充有关粉剂的包芯绒）， 藉用喂线机的机械力量将其以一定的速 度穿越钢液面而达到钢液深部的一种新型二次精炼技术。 与其它二次精 炼技术， 特别是喷粉技术相比， 具有合金收得率高、 成分控制准确、 设 备简单、 投资少、 工艺安全可靠、 钢液降温少、 无环境污染等优点， 因 而从 70年代中期开发以来， 已在国内外钢铁冶炼企业得到越来越广泛的 应用。

现有钢铁企业精炼钢用包芯线多为粉芯或纯钙包芯线。 现有的包芯 线一般带钢厚度为0. 35〜0. 60111111，有的带有紧固的扣边（参见图 1、 图 2 )， 且紧固的扣边部分为带钢厚度的 4〜5倍， 有的则带有与壳体材质明显不 同的焊缝结部 （参见图 3 )。 带扣边的普通钙铁线多以内抽且旋转的方式 喂入钢液， 因其存在突出的扣边部分， 会带入较多的空气， 造成对钢液 的二次污染； 此外， 因旋转着进入钢液而产生的阻力会导致线体的运行 轨迹发生变化， 进而不能达到最佳深度， 所以需要使用较高的喂线速度 及较大的喂入量， 才能满足钢厂精炼的需要。 但较高的喂线速度和多变 的运行轨迹会造成钢液喷溅， 并导致钙不能均匀的分散于钢包中， 钙收 得率低。 带焊缝的钙铁线的焊管因其具有与钢带本体材质不同的焊缝， 导致其机械强度难以满足现有钢液精炼喂线深度之需要。 传统的 Ca-Si包 芯线、 Ca-Al包芯线及普通钙铁线受其结构成型工艺的影响， 造成使用后 的 Ca收得率不稳定， 不利于对钢水精炼质量的控制。

无缝钙铁线相对有缝产品而言， 生产工艺较复杂， 国内外能够生产 的企业较少， 且多数仍处于研发阶段； 而且利用现有的工艺技术难以生 产出较厚钢壳的实心钙铁线， 而较薄钢壳的普通钙铁线则需要很高的喂 线速度， 造成其在钢包中的释放位置不易控制。 当前， 钢铁冶炼企业迫 切需要较厚钢壳的无缝钙铁线来提高钢液精炼的质量， 并相应地降低炼 钢生产成本。 专利文献 CN 102417950B中公开了一种无缝钙线及其制备方 法， 其采用了高频焊接的方法来对包覆钙芯的钢带的对接边进行无缝焊 接， 但该技术方案的次品率高、 生产效率低下、 生产成本过高， 而且产 品性能也有待改善。 产生这些不足之处的主要原因在于： 仍未解决在高 频焊接过程中因在管坯中包裹钙芯而无法放置阻抗器所导致的循环电流 (无效电流） 大、 能耗高的技术难题； 所采用的各项高频焊接工艺参数 有待改进； 而且产品中的钙铁比不尽合理。

而众所周知的是， 高频焊接工艺相关参数的选择， 关系到焊接质量 的好坏， 进而影响到焊管产品的整体强度， 质量等级和生产速度。 实际 生产过程中， 影响高频感应焊接质量的参数非常多， 而这些参数之间又 是互相影响互相作用的。 比如感应圈的安装位置会影响 V形角的长度， 挤 压辊之间的间隙会影响到焊接挤压量及挤压力的大小等。 在高频感应焊 接的生产过程中各个参数的选择常常对焊接过程的稳定性、 焊接质量的 稳定性以及焊管的性能都会有非常大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钙铁配比合理、 钢性好、 且喂 线时不开裂、 能减缓或避免钢液喷溅、 钙收得率高、 去夹杂效果好的焊 接钙包芯线； 并公开了该焊接钙包芯线在钢液精炼中的应用方法， 该方 法可有效降低钙线的使用量， 大幅度地降低钢液精炼的生产成本。

为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是：

设计一种焊接钙包芯线， 是由无缝焊接钢壳包裹固体钙芯线而形成 的线体， 所述线体直径 8〜10mm， 固体钙芯线重 52〜60g/m， 无缝焊接钢 壳重 180〜230g/m; 该焊接钙包芯线的制备方法包括以下歩骤：

( 1 ) 选取直径为 5〜9mm的纯钙丝作为固体钙芯线；

( 2 ) 取厚度为 1. 0〜1. 5mm的低碳钢带包覆所述钙芯线后弯卷成型 为管坯；

( 3 ) 以高频感应焊接法将上述管坯的接合边在惰性气体氛围下中紧 密焊接在一起， 并立即对焊接后的结合部进行风冷或非接触式的水冷， 高频感应焊接时所用交变电流的频率为 350〜430KHz， V形区带钢两边部 的会合角 2 ° 〜4 ° ， V形区长度 （感应线圈中部至会合点的距离） 为管 坯管径的 1. 3〜1. 6倍； 所用感应线圈的匝数为 2〜3， 其内径为管坯管径 的 1. 2〜1. 5倍， 其长度小于等于自身的内径， 大于等于管坯外径； 高频 感应焊接时的焊接温度 （焊接输入功率）、 速度、 挤压力 （挤压量） 三者 互相影响， 在本发明焊接过程中， 合适的选择是， 高频感应焊接时的焊 接温度 1250〜1460°C，焊接挤压量 (包裹钙芯线的管坯在焊接挤压管前后 的圆周长度之差） 为低碳钢带厚度的 0. 33〜0. 67倍， 焊接速度 30〜 50m/min;

(4) 切除焊接结合部位的毛剌， 再经整形、 拉伸处理后即成焊接钙 包芯线。

在包覆钙芯线之前， 可先对成型的钙芯线外表面进行钝化处理： 在固体钙芯线外表面均匀涂覆至少一层钝化剂， 并静置 8〜15min后， 于 110〜120°C下， 干燥 0. 5〜lh后， 即形成钝化膜层， 所述钝化剂由液体 石蜡， 苏打灰按: 4〜6 : 1〜2的重量比组成。

上述焊接钙包芯线在钢液精炼中的应用方法， 包括如下歩骤：

( 1 ) 钢液经 LF炉精炼或 RH炉精炼处理结束后， 用喂线机以 70〜

120m/min的喂线速度向钢液中喂入上述焊接钙包芯线， 喂入量由硅脱氧 的钢液按每吨钢液喂入 0. 4m〜l. 0m， 由铝脱氧的钢液每吨钢液喂入

0. 8m~ l. 5m;

( 2 )焊接钙包芯线喂入后反应 4〜6min， 同时以 10〜50m3/min的流量 底吹氩气。

在上述歩骤 （1 ) 中， 钢水达到 LF炉后， 按常规方法加入石灰、 精炼 渣和渣脱氧剂快速造白渣， 化渣结束后使精炼渣重量百分组成为： 二元 碱度 Ca0/Si02控制在 5〜： 10， (TFe+MnO ) % 4%， A1203%控制在 16〜29%， 钢水中加入铝粒或喂入铝线调整钢水中的全铝含量， LF炉处理结束后， 全铝含量在 0. 015%〜0. 040%内时， 喂入焊接钙包芯线， 进行钙处理。

在所述歩骤 （2 ) 之后， 经 LF炉精炼后的钢液直接进入连铸工序， 或 者引入 RH炉进行进一歩的精炼， RH炉真空处理时间 20〜50min， 其中真空 度为 50〜300Pa的处理时间为 12〜30min， 真空处理时不添加含铝脱氧剂； 然后第二次用喂线机以 70〜120m/min的喂线速度向钢液中喂入上述焊接 钙包芯线， 喂入量由铝脱氧的钢液每吨钢液喂入0. 8111〜1. 5111， 品种钢每 吨钢液喂入1. 2〜1. 6111。

本发明具有积极有益的效果：

1.本发明焊接钙包芯线所采用的带钢厚、 刚性高， 其线径均匀， 无 突出的扣边部分， 亦不存在由此带来的喂线轨迹变化的情况； 而且焊缝 是由钢带本体的母材熔化而成， 机械强度比一般焊管好， 因而能够喂入 钢包更深的钢液中， 有效减缓或避免钢液喷溅， 并使钙能够均匀的分布 在钢包内的钢液中， 大幅度地提高钙线的使用效率， 钙收率可提高 2〜5 倍， 且去夹杂效果更佳， 钢的探伤合格率由 96%提高至 99%以上。

2.生产实践表明， 本发明所采用的高频感应焊接工艺中的各项参数 选择合理， 如采用适当调整减小 V形角 （以增强邻近效应）、 增加交变电 流的频率、 减少感应线圈等综合措施来增加管内阻抗 （进而增大 V形区 的焊接电流并大大降低无效的循环电流） ， 改变了传统高频焊接方法中 必须通过在管坯中同轴安放阻抗器 （磁棒） 来增大管坯内表面感抗的做 法， 解决了本发明因在待焊接管坯中包裹有钙芯而无法放置阻抗器的技 术难题； 再如采用 30〜50m/min的焊速， 可使焊接区加热速度极快， 工 件自冷作用增强， 热影响区窄且不易发生氧化， 可获得组织和性能良好 的焊缝， 不会产生过烧和焊不透的现象； 焊接速度提高加之合理的挤压 量， 不但有利于缩短热影响区， 有利于从熔融坡口挤出氧化层， 而且提 高了生产效率。 3.本发明焊接钙包芯线的生产工艺方法及相关工艺参数的合理选 择， 使得其生产效率大为提高、 次品率大大降低、 生产及使用成本大大 降低， 有利于推广普及。

4.利用本发明在钢液精炼中的应用方法， 可减少焊接钙包芯线的喂 入量， 不但能大幅度地降低钢精炼生产成本， 还能节约钙处理时间， 减 少钢水钙处理过程中的温度损失， 有效控制钢水处理过程中的钢水增氮、 增氧情况。

5.采用本发明在钢液精炼中的应用方法， 能将钢中总氧的质量分数 分别控制到 （5〜20 ) X 10⁶,>

附图说明

图 1为一种常规的纯钙包芯线的横断面结构示意图；

图 2为另一种常规的纯钙包芯线的横断面结构示意图；

图 3为又一种常规的纯钙包芯线的横断面结构示意图；

图 4为本发明焊接钙包芯线的横断面结构示意图。

图中， 1为钙芯线， 2为薄钢带， 3、 6为紧固扣边， 4为固体钙芯线， 5为无缝焊接钢壳， 7为焊缝。

具体实施方式

下述实施例中所用的原料等， 如无特别说明， 均为市售； 所用方法 如无特别说明， 均为常规方法。

实施例 1 : 一种焊接钙包芯线， 参见图 4， 其是由无缝焊接钢壳包裹 固体钙芯线而形成的线体， 所述线体直径 9mm， 固体钙芯线重 54 ± 2g/m， 无缝焊接钢壳重 200g/m_;>

( 2 )取厚度为 1. 0mm的低碳钢带包覆所述钙芯线后弯卷成型为管坯；

( 3 ) 以高频感应焊接法将上述管坯的接合边在惰性气体氛围下中紧 密焊接在一起， 并立即对焊接后的结合部进行风冷或非接触式的水冷， 高频感应焊接时所用交变电流的频率为 400KHz， V形区带钢两边部的会 合角 3. 5 ° ，V形区长度为 14mm;所用感应线圈的匝数为 3，其内径为 13mm， 感应线圈长度为 11mm;高频感应焊接时的焊接温度 1350 °C，挤压量 0. 5mm , 焊接速度 40m/min;

( 4 )切除焊接位的毛剌， 再经整形、拉伸处理后即成焊接钙包芯线。 实施例 2: 焊接钙包芯线在炼钢钢液 （铝脱氧钢种） 中的应用方法， 采用的工艺流程为： 采用铁水预处理 +转炉冶炼 +LF炉精炼结束、 第一次 喂入 +RH炉精炼结束、 第二次喂入 +连铸。 LF炉处理结束后， 约 150t钢 液， 全铝含量在 0. 015%, 第一次喂入实施例 1所述焊接钙包芯线 200米 / 炉， 速度 110m/min， 反应 4min， 氩气流量设定为 15Nm³/min_;>

利用上述应用方法， 能将精炼后的钢中总氧质量分数分别控制到 9 X 10⁶,>

实施例 3: 焊接钙包芯线在炼钢钢液 （硅脱氧钢种） 中的应用方法， 采用的工艺流程为： 采用铁水预处理 +转炉冶炼 +LF炉精炼结束、 第一次 喂入 +RH炉精炼结束、第二次喂入 +连铸。 LF炉处理结束后，约 80t钢液， 第一次喂入实施例 1所述焊接钙包芯线 80米 /炉， 速度 110m/min， 反应 4min， 氩气流量设定为 15Nm7min; LF炉精炼结束钢液引入 RH炉精炼、 第二次喂入焊接钙包芯线 70米 /炉， 速度 110m/min， 反应 4min。

利用上述应用方法， 能将精炼后的钢中总氧质量分数分别控制到 9 X 10⁶,>

实施例 4: 在韩国某钢厂的应用实例

2013年 3月在韩国某钢厂 320吨钢包应用， 将实施例 1所述的焊接 钙包芯线以 l lOm/min 的速度喂入钢包内边缘三分之一半径至中心的区 域内， 每吨喂 1米， 反应 4min， 氩气流量设定为 15Nm7min; 同时在同样 的条件下以硅钙线做对比试验。 试验结果表明 （参见表 1 )， 达到相近或 相同的精炼效果， 相较硅钙线每吨喂入 171g， 使用本发明所述焊接钙包 芯线的喂入量减少 68%, 钙收得率 28%, 相较于硅钙线收得率 12%提高了 2. 3倍。 表 1 本发明焊接钙包芯线在韩国某钢厂使用结果

卷 =2t 钙线比较表 320t Ladle

实施例 5: 在国内某钢厂的应用实例

2013年 1月在国内某钢厂 150吨钢包应用， 将实施例 1所述的焊接 钙包芯线以 l lOm/min的速度喂入钢液中， 位置在钢包内边缘三分之一半 径至中心的区域内， 按每吨 1米的量喂入， 反应 4min， 氩气流量设定为 20Nm³/min试验结果是平均钙收得率>

表 2 本发明焊接钙包芯线在国内某钢厂使用结果 焊接钙包 单位长度

初始钙含 中包钙含 芯,丐含量 中包钙收 日期 钢种 芯线喂入 钢水量（t) 芯重量

量（％) 量（％) (%) 得率（％) 长度 (m) (kg/m)

2013/1/8 E36-T 150 151. 5 0. 0003 0. 0025 0. 055 98. 6 40. 98

2013/1/8 E36-T 150 161. 9 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 35. 82

2013/1/8 E36-T 150 158. 7 0. 0003 0. 0024 0. 055 98. 6 40. 98

2013/1/8 E36-T 150 158 0. 0003 0. 0023 0. 055 98. 6 38. 84

2013/1/9 Q345EN-3 150 161. 9 0. 0003 0. 0028 0. 055 98. 6 49. 75

2013/1/9 Q345EN-3 150 160. 8 0. 0003 0. 0036 0. 055 98. 6 65. 25

2013/1/9 Q345GJD-3 150 153. 3 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 33. 92

2013/1/9 Q370R-2 150 157. 4 0. 0003 0. 0025 0. 055 98. 6 42. 56

2013/1/9 Q370R-2 150 157. 3 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 34. 81

2013/1/9 S355-J2 150 153. 3 0. 0003 0. 0024 0. 055 98. 6 39. 58

2013/1/9 S355-J2 150 159. 5 0. 0003 0. 0022 0. 055 98. 6 37. 25

2013/1/9 S355-J2 150 149. 3 0. 0003 0. 003 0. 055 98. 6 49. 57

2013/1/9 S355-J2 150 156. 5 0. 0003 0. 0022 0. 055 98. 6 36. 56 s

^r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>r→>

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2013/1/29 Q235DZ15-1 180 147. 4 0. 0003 0. 0016 0. 055 98. 6 19. 63

2013/1/29 Q345R-V 180 152. 5 0. 0003 0. 002 0. 055 98. 6 26. 55

2013/1/29 Q345R-V 180 154. 6 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 28. 5

2013/1/29 Q345R-V 180 141. 5 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 26. 1

2013/1/29 Q345R-V 180 157. 6 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 29. 06

2013/1/29 Q345R-V 180 158. 3 0. 0003 0. 0023 0. 055 98. 6 32. 43

2013/1/29 Q345R-V 180 150 0. 0003 0. 0022 0. 055 98. 6 29. 2

2013/1/30 Q345R-V 180 152. 6 0. 0003 0. 0019 0. 055 98. 6 25. 01

2013/1/30 12MNNIVR-2 180 153. 6 0. 0003 0. 0022 0. 055 98. 6 29. 9

2013/1/30 12MNNIVR-2 180 154. 2 0. 0003 0. 0024 0. 055 98. 6 33. 17

2013/1/30 12MNNIVR-2 180 142 0. 0003 0. 0017 0. 055 98. 6 20. 37

2013/1/30 12MNNIVR-2 180 147. 7 0. 0003 0. 0021 0. 055 98. 6 27. 24

2013/1/30 12MNNIVR-2 180 145. 8 0. 0003 0. 0019 0. 055 98. 6 23. 9

2013/1/31 12MNNIVR-2 180 150 0. 0003 0. 0028 0. 055 98. 6 38. 42 改变上述实施例中的各个具体的数值参数， 或者是原料成分的等同 替换， 可形成多个具体的实施例， 均为本发明的常见变化范围， 在此不 再 详述。