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一种高碳钢的冶炼连铸方法.pdf

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  • 文档编号:4385162
  • 上传时间:2018-09-26
  • 格式:PDF
  • 页数:6
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201110431388.7

    申请日:

    2011.12.21

    公开号:

    CN102517419A

    公开日:

    2012.06.27

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C21C 7/064申请公布日:20120627|||公开

    IPC分类号:

    C21C7/064; C21C5/28; C21C7/076; C21C7/10; B22D11/115

    主分类号:

    C21C7/064

    申请人:

    天津钢铁集团有限公司

    发明人:

    李树庆; 张炯明; 王永然; 陈少东; 罗衍昭

    地址:

    300301 天津市东丽区津塘公路398号

    优先权:

    专利代理机构:

    天津才智专利商标代理有限公司 12108

    代理人:

    吕志英

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    内容摘要

    本发明属于钢铁冶炼的工艺技术领域。为了提高高碳钢疲劳寿命,目前大多采用改善钢水洁净度以减少夹杂物含量等方法,本发明提出了通过改变非金属夹杂物的形态,从而改善疲劳寿命的方法。包括铁水处理、转炉冶炼、钢包精炼、方坯连铸等工艺;对铁水采用喷镁法脱硫预处理,使硫含量<0.003%;转炉采用双渣法脱磷;在钢包精炼过程中造高碱度渣,吸附夹杂物并改变夹杂物成份,钢包精炼控制[Als]在0.025%以上;采用50-80pa的真空处理10-20分钟,使钢液中的[Als]控制在0.015%以上;采用小方坯连铸,拉速1.6-2.0m/min,比水量为0.6-1.0L/kg。使钢中的非金属夹杂物尽可能的进入塑性区内,显著提高了疲劳寿命。

    权利要求书

    1: 一种高碳钢冶炼连铸方法, 主要包括冶炼前的脱硫处理、 转炉冶炼、 钢包精炼、 方 坯连铸, 其特征在于在进入转炉前对其进行喷镁法脱硫预处理, 使硫含量< 0.003 % ; 在 转炉冶炼采用双渣法脱磷, 出钢时 [P] < 0.010 % ; 在钢包精炼过程中造高碱度渣, 渣中 (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 质量分数比大于 6, 吸附夹杂物并改变夹杂物成份, 使其成份进入 塑性化区内, 钢包精炼结束时控制 [Als] 在 0.025 %以上 ; 在真空精炼过程中对钢液采用 50-80pa 的真空处理 10-20 分钟, 使钢液中的 [Als] 控制在 0.015%以上 ; 在小方坯连铸机 上进行浇铸, 拉速 1.6-
    2: 0m/min, 比水量设定为 0.6-1.0L/kg。 2. 如 权 利 要 求 1 所 述 的 冶 炼 连 铸 方 法, 其 特 征 在 于 在 转 炉 冶 炼 中, 在熔池温度 ≯ 1450℃时, 转炉倒一遍渣的时间控制在 280-320s, 倒渣量不少于 80%, 碱度控制到 R = 2.5, FeO 不小于 25%。
    3: 如权利要求 1 或 2 所述的冶炼连铸方法, 其特征在于在转炉出钢时采用钢心铝作为 脱氧剂, 在出钢 1/10 时加入, 并一次性加足 ; 出钢后期加 CaO 含量约为 50%, Al2O3 含量约 为 40%, SiO2 不大于 5%的顶渣料。
    4: 如权利要求 1 所述的冶炼连铸方法, 其特征在于在钢包精炼中, 采用铝粒, 碳化硅 做还原剂扩散脱氧造白渣, 控制精炼渣成份, 使 CaO = 50% -60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%。
    5: 如权利要求 1 所述的冶炼连铸方法, 其特征在于在真空精炼中, 真空处理后采用氩 气弱搅, 搅拌时间控制在 15-25 分钟, 控制钢液中 [Als] > 0.015%。
    6: 如权利要求 1 所述的冶炼连铸方法, 其特征在于在连铸中, 控制中间包钢水过热度 不大于 30℃, 选用碱度为 0.8-0.85 的保护渣, 结晶器电磁搅拌电流强度控制为 350A、 频率 为 2HZ ; 末端结晶器电磁搅拌电流强度控制为 500A、 频率为 12HZ。

    说明书


    一种高碳钢的冶炼连铸方法

        技术领域 本发明属于钢铁冶炼的工艺技术领域, 特别是涉及高碳钢中夹杂物的塑性化控制 工艺方法。
         背景技术 高碳钢常作为制作机械设备的轴件、 齿轮、 轴承、 弹簧等, 在服役过程中经受周期 性交变应力作用, 疲劳破坏是导致上述工件失效的重要原因, 钢中非金属夹杂物与钢基体 在变形性、 热膨胀性、 硬度等方面与基体不同, 如果夹杂物在热加工的过程中发生良好变 形, 其与基体能够保持良好的结合 ; 反之, 如果夹杂物不变形或变形很小, 在钢基体与夹杂 物界面上会形成微裂纹、 空洞, 在交变应力下易成为疲劳破坏源。为了提高疲劳寿命, 一方 面提高钢水洁净度以减少夹杂物含量, 另一方面, 应该将夹杂物控制为球形、 小尺寸、 可变 形的夹杂物。
         精炼过程中常用两种渣系, 第一种为低碱度、 低氧化铝精炼渣, 常被用来生产汽车 发动机进排气阀门用弹簧钢丝与优质高碳帘线钢。采用该渣系, 可将钢中的夹杂物控制在 CaO-SiO2-Al2O3 系中的钙斜长石 (CaO-Al2O3.-2SiO2)、 磷石灰和假硅石灰相邻的低熔点 区, 如附图所示的区域 A。另一种是采用碱度为 5-7、 Al2O3 含量约为 20%的渣系来生产低 氧轴承钢、 表面硬化钢, 但是其中钢中夹杂物难以变形。
         目前专利及其他专业文献所公开的技术, 大多涉及轴承钢等高碳钢中氧量的控 制, 并未涉及钢中夹杂物的塑性化控制。如 CN1005198000 公开了一种转炉连铸工艺生产低 氧高碳铬轴承钢的方法, 只是强调了其转炉工艺生产轴承钢能够将铸坯中的全氧含量降低 到 9ppm 左右, 并未涉及钢中夹杂物变性的控制方法。如 ZL0132236.5 公开了一种采用 “直 流电炉初炼一钢包炉底部吹氢精炼 - 真空炉脱气 - 模铸” 生产工艺, 它可以生产出 T[0] 不 大于 7ppm 的高碳铬轴承钢。它只强调了其钢的洁净度也未涉及非金属夹杂物的控制情况。
         发明内容 本发明为了提高高碳钢疲劳寿命, 提出一种高碳钢冶炼及连铸方法, 既通过优化 转炉冶炼、 精炼和连铸的方法, 控制精炼渣的成分使高碳钢中的非金属夹杂物尽可能的进 入塑性区内, 实现提高高碳钢疲劳寿命。
         本发明主要靠如下手段实现。主要包括冶炼前的脱硫处理、 转炉冶炼、 钢包精炼、 方坯连铸, 其特征在于在进入转炉前对其进行喷镁法脱硫预处理, 使硫含量< 0.003% ; 在 转炉冶炼采用双渣法脱磷, 出钢时 [P] < 0.010 % ; 在钢包精炼过程中造高碱度渣, 渣中 (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 质量分数比大于 6, 吸附夹杂物并改变夹杂物成份, 使其成份进 入塑性化区内, 钢包精炼结束时控制 [Als] 在 0.025%以上 ; 在真空精炼过程中对钢液采用 50-80pa 的真空处理 10-20 分钟, 使钢液中的 [Als] 控制在 0.015%以上 ; 在小方坯连铸机 上进行浇铸, 拉速 1.6-2.0m/min, 比水量设定为 0.6-1.0L/kg。
         所述的冶炼连铸方法, 其特征在于在转炉冶炼中, 在熔池温度≯ 1450℃时, 转炉倒
         一遍渣的时间控制在 280-320s 左右, 倒渣量不少于 80%, 碱度控制到 R = 2.5, FeO 不小于 25%。在转炉出钢时采用钢心铝作为脱氧剂, 在出钢 1/10 时加入, 并一次性加足 ; 出钢后 期加 CaO 含量约为 50%, Al2O3 含量约为 40%, SiO2 不大于 5%的顶渣料。在钢包精炼中, 采用铝粒, 碳化硅做还原剂扩散脱氧造白渣, 控制精炼渣成份, 使 CaO = 50% -60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%。在于在真空精炼中, 真空处理后采用氩气 弱搅, 搅拌时间控制在 15-25 分钟, 控制钢液中 [Als] > 0.015%。在连铸中, 控制中间包 钢水过热度不大于 30℃, 选用碱度为 0.8-0.85 的保护渣, 结晶器电磁搅拌电流强度控制为 350A、 频率为 2HZ ; 末端结晶器电磁搅拌电流强度控制为 500A、 频率为 12HZ。
         采用本发明的转炉冶炼、 精炼和连铸的方法, 较好的控制精炼渣的成分, 使高碳钢 中的非金属夹杂物尽可能的进入塑性区内, 使高碳钢疲劳寿命显著提高。 附图说明
         附图是 CaO-SiO2-Al2O3 系夹杂物低熔点区域示意图。在图中 A 区域是采用低碱 度、 低氧化铝精炼渣所形成的非金属夹杂物成分聚集区域, B 区域是本发明采用高碱度渣系 控制其非金属夹杂物成分聚集区域。 具体实施方式
         主要包括冶炼前的脱硫处理、 转炉冶炼、 钢包精炼、 方坯连铸。在进入转炉前对其 进行喷镁法脱硫预处理, 使硫含量< 0.003% ; 在转炉冶炼采用双渣法脱磷倒掉了含 P2O5 高的炉渣, 另造新渣以达到较好脱磷、 脱硫效果。出钢时 [P] < 0.010 %。在钢包精炼过 程中造高碱度渣, 渣中 (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 质量分数之比大于 6, 吸附夹杂物并改变 夹杂物成份, 使其成份进入塑性化区内, 钢包精炼结束时控制酸溶铝 [Als] 在 0.025 %以 上。在真空精炼过程中对钢液采用 50-80pa 的真空处理 10-20 分钟, 使钢液中的酸溶铝 [Als] 控制在 0.015%以上。在小方坯连铸机上进行浇铸, 拉速 1.6-2.0m/min, 比水量设定 为 0.6-1.0L/kg。
         所述的冶炼连铸方法, 在于在转炉冶炼中, 在熔池温度≯ 1450℃时, 转炉倒一遍渣 的时间控制在 280-320s 左右, 倒渣量不少于 80%, 碱度控制到 2.5, FeO 不小于 25%。在转 炉出钢时采用钢心铝作为脱氧剂, 在出钢 1/10 时加入, 并一次性加足 ; 出钢后期加 CaO 含量 约 50%, Al2O3 含量约 40%, SiO2 不大于 10%的顶渣料。在钢包精炼中, 采用铝粒, 碳化硅 做还原剂扩散脱氧造白渣, 控制精炼渣成份, 使 CaO = 50% -60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%。在真空精炼中, 真空处理后采用氩气弱搅, 搅拌时间控制在 15-25 分钟, 控制钢液中 Als > 0.015%。在连铸中, 控制中间包钢水过热度不大于 30℃, 选用碱度 0.8-0.85 之间的高碳钢用保护渣, 结晶器电磁搅拌电流强度控制为 350A、 频率为 2HZ ; 末端结晶器电磁搅拌电流强度控制为 500A、 频率为 12HZ。
         采用的技术方案包括以下步骤 : (1) 在进入转炉前对其进行喷镁法预处理脱硫, 保证硫含量低于 0.003 % ; (2) 在转炉内冶炼钢水, 采用双渣法脱磷, 出钢时磷含量小于 0.010 % ; (3) 在钢包中进行精炼, 夹杂物的主要变性阶段, 钢包精炼过程中, 吨钢加入约 3.2kg 的渣料, 控制渣中的中 (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 不低于 6, 钢包精炼结束时控制 [Als] 在 0.025%以上 ; (4) 对钢液进行真空处理, 采用 67pa 的高真空处理 15 分钟左右, 钢液中的 [Als] 控制在 0.015 %以上 ; (5) 在 150mm2 小方坯连铸机上进行浇铸, 拉速 1.8m/ min, 比水量设定为 0.8L/kg。
         在步骤 2 所述的转炉冶炼时, 倒第一遍脱磷渣时间控制在 300 秒左右, 前期熔池温 度≯ 1450℃。倒渣量不少于 80%, 碱度 2.5, FeO 不小于 25%。
         在步骤 3 所述的钢包精炼过程中, 采用铝粒, 碳化硅做还原剂扩散脱氧造白渣, 控 制钢液中 [Als] 在精炼结束时大于 0.025 %。控制精炼渣成份 : CaO = 50 % -60 %, SiO2 < 10 %, Al2O3 = 25 % -30 %, MgO = 5 % -8 %。纯精炼时间在 35 分钟左右。如上图所 示, 通过高碱度渣系控制夹杂物中成分在区域 B 中, 此区域为 3CaO-Al2O3、 5CaO-3Al2O3、 2CaO-2SiO2-Al2O3、 CaO-Al2O3 相邻的成分区域, 其熔点低于 1500℃, 由于熔点不高, 轧制 过程中可以发生稍许变形, 因而能够改善钢材的疲劳性能。
         本发明主要通过控制钢包精炼中的顶渣成份, CaO = 50-60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%, 来是钢液中的夹杂物进入低熔点的塑性区内, 保证足够的精 炼时间, 一般选取 35 分钟以上, 通过促使炉渣 / 钢液、 钢液 / 夹杂物之间的反应达到平衡, 使夹杂物成份逐渐接近顶渣成份, 即使其进入区域 B 内。即 SiO2 含量在 0-20%, CaO 含量 在 40-70%, Al2O3 含量在 30% -50%。

    关 键  词:
    一种 高碳钢 冶炼 方法
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