一种含硫含氮钢水的冶炼和浇注方法技术

本发明专利技术涉及一种含硫含氮钢水的冶炼和浇注方法，包括：将废钢、生铁等原料通过电炉生产冶炼，得到初炼钢水；将初炼后的钢水经LF炉精炼，得到精炼后的钢水；将精炼后的钢水经VD炉真空脱气处理，得到真空脱气后的钢水；将真空脱气后的钢水经吹氩台进行软吹氩处理，得到软吹氩处理后的钢水；将软吹氩处理后的钢水进行连铸浇注，全程使用氩气保护浇注，防止钢水二次氧化。本发明专利技术设计将硫铁合金提前到电炉放钢时加入，提高了钢中硫控制的稳定性，精炼过程通过炉渣调整，增加入VD前钢中原始氮保留含量，并且在VD真空处理过程中以氮气代替氩气对钢水进行搅拌，一系列措施加快了MnS、AlN的形成及稳定，有利于改善含硫含氮钢坯的可浇性及铸坯表面质量。

A smelting and pouring method of molten steel containing sulfur and nitrogen

【技术实现步骤摘要】
一种含硫含氮钢水的冶炼和浇注方法
本专利技术涉及铁基钢水的冶炼，具体涉及一种含硫含氮钢水的冶炼和浇注方法。
技术介绍
含硫钢因其良好的可切削性能，应用广泛，随着机械加工业朝着高精密度发展，零件切削加工的效率、精密度要求不断提高，对钢材的可切削性能提出了更高的要求。含硫钢属于特种钢铁，生产难度大，国内含硫钢的生产主要集中在特钢企业，因硫控制工艺尚不完善，只有少数钢铁企业能够做到稳定生产，此外，含硫钢钢水在连铸浇注过程时中包水口易发生结瘤现象，钢水可浇性差，无法获得表面质量稳定的铸坯。为了满足含硫钢的部分力学性能，往往在钢中加入适量的氮，氮与钢中的[Al]、[Ti]等合金元素化合形成氮化物，这些氮化物作为析出物，钉扎在晶界能够起到抑制晶粒粗化的作用，增加钢的强韧性、耐磨度及耐腐蚀性能。钢水冶炼的一般工艺流程：转炉或电炉初炼——LF精炼——VD真空脱气——浇注成坯。对于含硫含氮钢水的冶炼，传统的方法是在LF炉后期或VD炉喂硫线调整硫含量，VD破空后再通过大量喂入氮线调整氮含量。受钢水液面炉渣碱度及脱氧情况影响，硫线的收得率波动较大，钢水中硫含量不稳定，而大量喂入氮线同样难以保证氮的收得率，很难做到含量的精确控制，另外，在VD大量喂线补充会引起钢水的翻动剧烈，不利于得到纯净的钢水。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术提供一种含硫含氮钢水的冶炼方法，其目的是要提高钢水中硫氮的收得率和含量的精确调整。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：本申请含硫含氮钢水的冶炼和稳定浇注涉及步骤包括：钢水初炼、LF炉精炼、VD炉真空脱气、软吹氩处理和浇注成坯。以下对这些步骤中关键技巧或技术进行详述：(1)钢水初炼：将铁基块料和铁水混合冶炼得到铁水，采用电炉进行钢水冶炼，原料入炉前烘干，炉内留钢留渣并在炉底铺上石灰以提前造泡沫渣。初炼完成后放钢至钢包，放钢时：在放钢量未达到10吨前顺钢流加入铝块至钢包内对钢水预脱氧，在放钢量达到15吨以上时顺钢流加入钢水需要的其他元素合金、渣料，并加入硫铁合金，硫铁合金的添加量要满足钢水对其全回收的上限进行添加，即让钢水中的S达到钢水能够回收的最大值。优选地，电炉放钢过程中确保钢包内良好的氩气搅拌，氩气流量100-160L/min。优选地，放钢过程中添加的渣料中包括石灰、精炼渣、萤石以便进行精炼脱氧、吸附夹杂物(2)LF炉精炼：初炼后的钢水经LF炉脱氧、升温、合金化得到精炼后的钢水，精炼过程中的关键是要利用含Si脱氧剂及萤石来降低炉渣碱度使低于3.5，提高炉渣流动性，这样能够增加钢水入VD炉之前钢水的氮保有量(即钢水冶炼时自然存在于钢水中的N)，熔体中的活性元素[％S]对氮溶解影响的动力学的研究发现，当[％S]低时，氮溶解的动力学反应特征呈表观一级，熔体中氮原子的传质为速率控制环节；当[％S]高时，氮溶解的动力学反应特征呈表观二级，界面反应为速率控制环节。较低的炉渣碱度也有利于降低精炼脱硫率，提高钢水中[S]含量的稳定性，便于对硫含量进行精确控制，因此，可以使钢水中N溶解的动力学反应呈表观二级，即界面反应为速率控制环节，在LF炉精炼时控制较高的硫含量可以降低N的流失，另外还可以进一步降低VD炉抽真空时脱氮速率提高氮的收得率，减少VD工序后氮含量的调整量，且稳定。精炼后期补加硫铁将硫含量调整至硫的目标冶炼值。具体地，LF炉精炼时炉渣碱度低于3.5，更直接的说是要让炉渣呈玻璃渣状态。优选地，LF炉精炼时采用的所述Si脱氧剂选自硅70、碳化硅、硅锰铁、硅铁中的一种或多种。优选地，LF炉精炼时，精炼前期采用脱氧剂(优选Si脱氧剂和铝脱氧剂的混合物，分批次加入)进行精炼脱氧，待炉渣变成黄白后喂入适量Al线进行深度脱氧。(3)VD炉真空脱气：精炼后的钢水经VD炉真空脱气，极限真空度达到≤67Pa，极限真空保持时间≥5min，真空处理过程中，从钢包底吹氮气代替氩气搅拌，搅拌以提高并稳定钢水中的氮含量，因表面活性物质在熔体表面上优先聚集，占据熔体表面上的活性点，致使能吸附氮原子的表面活性面积减少，因而能减弱氮的排出。[S]作为主要的表面活性元素，通过占用界面氮脱除的空位，影响界面化学反应，阻碍脱氮。因此，在高硫钢真空处理过程中，以氮气搅拌代替氩气搅拌能显著提高钢水中的氮含量。待VD破空后，向钢水中喂入硅钙线进行钙处理使夹杂物变性，最后对钢水中的氮、硫含量进行取样分析，视情况喂入氮线、硫线进行氮硫成分的微调；(4)软吹氩处理：将真空脱气后的钢水经吹氩台进行软吹氩处理，时间≥10min，使钢水中的夹杂物得到进一步上浮去除，软吹氩处理时，过程中保持钢渣面轻微波动，不可吹破渣面导致钢水裸露。软吹氩处理后得到硫、氮含量稳定的钢水。(5)将软吹氩处理后的钢水进行连铸浇注，得到硫、氮含量稳定控制且表面质量较好的铸坯的步骤中，其特征在于，中包烘烤结束到开浇前，中包内充氩保护，浇注中，大包套管采用氩封装置，氩气流量15-30NL/min，避免钢液在浇注过程中的吸气，减少钢水的二次氧化，控制钢中夹杂物和气体含量的增加，提高钢的纯净度。本申请含硫含氮钢水的冶炼方法提前到电炉放钢加入过量的硫铁合金，有助于提高了钢中[S]控制的稳定性，精炼过程通过炉渣调整，增加入VD前钢中原始氮含量，并且在VD真空处理过程中以氮气代替氩气对钢水进行搅拌，一系列措施加快了MnS、AlN的形成及稳定，有利于改善此类钢种的可浇性及铸坯表面质量。附图说明图1为本专利技术含硫含氮钢水的冶炼浇注流程图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例涉及的含硫含氮钢水的冶炼和浇注方法，参见图1所示工艺流程图，具体包括如下操作：步骤(1)：将废钢、生铁等原料通过电炉(EBT)生产冶炼，得到初炼钢水。具体地，电炉(EBT)进料废钢30-35吨，配入10-13吨生铁保证炉内配碳量，注意对入炉废钢进行挑选，控制残余元素含量，并确保原料干燥无杂质。进料前，炉内进行留钢留渣操作，炉底铺上石灰，以便提前造泡沫渣。经电炉生产冶炼，钢水终点碳、磷、温度等条件达到放钢要求后进行放钢，使用20—40kg铝块进行预脱氧，放钢量≥10吨时方可顺钢流加入钢包内；放钢量≥15吨，顺钢流加入所需合金元素合金块料及渣料(渣料包括：石灰、精炼渣、萤石等，作用是精炼脱氧、去除夹杂)，并按照钢水对硫回收的上限值加入硫铁合金(可理解为钢水中S饱和)；电炉放钢过程中确保钢包内良好的氩气搅拌，氩气流量控制在100-160NL/min。步骤(2)：将初炼后的钢水经LF炉脱氧、升温、合金化，得到精炼后的钢水。精炼前期使用脱氧剂精炼脱氧及含Si脱氧材料进行脱氧及炉渣维护，待炉渣变黄白后喂入Al线进行深脱氧，精炼过程使用碳化硅和萤石调整炉渣碱度降低，改善流动性，使炉渣流动性达到玻璃渣的状态，精炼中后期根据实际硫含量补加少量硫铁至S的目标设计含量。精炼后的钢水经VD真空处理，极限真空度低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含硫含氮钢水的冶炼方法，其特征在于：主要包括钢水初炼、LF炉精炼、VD炉真空脱气和软吹氩处理，其中/n所述钢水初炼：将铁基块料和铁水混合冶炼得到铁水，初炼完成后放钢至钢包，放钢时，在放钢量前期顺钢流加入铝块至钢包内对钢水预脱氧，之后再顺钢流加入钢水需要的其他元素合金及渣料，并加入硫铁合金，硫铁合金的添加量要满足钢水对其全回收的上限进行添加；/n所述LF炉精炼：初炼后的钢水经LF炉脱氧、升温、合金化得到精炼后的钢水，精炼过程中利用含Si脱氧剂及萤石来降低炉渣碱度使低于3.5，提高炉渣流动性，并在精炼后期补加硫铁将硫含量调整至硫的目标值；/n所述VD炉真空脱气：精炼后的钢水经VD炉真空脱气，极限真空度达到≤67Pa，极限真空保持时间≥5min，真空处理过程中，从钢包底吹氮气搅拌以提高并稳定钢水中的氮含量，待VD破空后，向钢水中喂入硅钙线进行钙处理使夹杂物变性，最后对钢水中的氮、硫含量进行取样分析，视情况喂入氮线、硫线进行氮硫成分的微调；/n所述软吹氩处理：将真空脱气后的钢水经吹氩台进行软吹氩处理，时间≥10min，使钢水中的夹杂物得到进一步上浮去除，软吹氩处理后得到硫、氮含量稳定的钢水。/n...

【技术特征摘要】
1.一种含硫含氮钢水的冶炼方法，其特征在于：主要包括钢水初炼、LF炉精炼、VD炉真空脱气和软吹氩处理，其中
所述钢水初炼：将铁基块料和铁水混合冶炼得到铁水，初炼完成后放钢至钢包，放钢时，在放钢量前期顺钢流加入铝块至钢包内对钢水预脱氧，之后再顺钢流加入钢水需要的其他元素合金及渣料，并加入硫铁合金，硫铁合金的添加量要满足钢水对其全回收的上限进行添加；
所述LF炉精炼：初炼后的钢水经LF炉脱氧、升温、合金化得到精炼后的钢水，精炼过程中利用含Si脱氧剂及萤石来降低炉渣碱度使低于3.5，提高炉渣流动性，并在精炼后期补加硫铁将硫含量调整至硫的目标值；
所述VD炉真空脱气：精炼后的钢水经VD炉真空脱气，极限真空度达到≤67Pa，极限真空保持时间≥5min，真空处理过程中，从钢包底吹氮气搅拌以提高并稳定钢水中的氮含量，待VD破空后，向钢水中喂入硅钙线进行钙处理使夹杂物变性，最后对钢水中的氮、硫含量进行取样分析，视情况喂入氮线、硫线进行氮硫成分的微调；
所述软吹氩处理：将真空脱气后的钢水经吹氩台进行软吹氩处理，时间≥10min，使钢水中的夹杂物得到进一步上浮去除，软吹氩处理后得到硫、氮含量稳定的钢水。


2.根据权利要求1所述的含硫含氮钢水的冶炼方法，其特征在于：所述钢水初炼采用电炉进行钢水冶炼，原料入炉前进行干燥，炉内留钢留渣并在炉底铺上石灰以提前造泡沫渣。


3.根据权利要求1所述的含硫含氮钢水的冶炼方法，其特征在于：钢水初炼的放钢过程：在放钢量未达到10吨前...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小云，邹文喜，张国忠，许晓伟，祁战，张平，陈青，张桂宝，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32