钢包精炼渣及其钢水成分控制方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种钢包精炼渣及其钢水成分控制方法。

背景技术

在现代钢铁冶金工业中，钢水精炼具有化学成分调整、洁净度控制、非金属夹杂物属性控制以及温度控制等冶金功能，已经成为不可或缺的关键工艺过程，是钢材性能与质量的重要保障。对于现代炼钢工艺流程来说，不管是转炉工艺还是电炉工艺，钢水精炼均是在钢包中进行的，而钢包精炼渣属性是冶金功能实现的关键所在。上述冶金功能的实现不仅要求精炼渣具有适宜的碱度、低的氧化性以保证适宜的热力学条件，而且还要求钢包精炼渣具有适宜的熔化温度、黏度、表面张力等物理性质以保证适宜的动力学条件，而这些在根本上决定于钢包渣的化学成分。

钢中非金属夹杂物对于钢材的性能具有重要影响，钢材性能的提升对非金属夹杂物通常有两个方面的要求：一是无害化，其核心是降低夹杂物尺寸，减少夹杂物数量；二是功能化，即夹杂物冶金，在凝固、相变过程以及焊接过程中通过非金属夹杂物优化钢材微观组织，进而改善钢材性能。这两方面均需控制非金属夹杂物具有合适的成分、形态、粒度、数量及分布。目前，钢液镁处理已经成为钢中非金属夹杂物控制的有效手段。

通过镁处理实现钢中非金属夹杂物控制的基础是钢液中适宜溶解镁含量的控制，目前通常采用加入镁合金的方法来实现。由于金属镁在钢水中的溶解度低且还原性强，随着精炼的进行，由于渣金反应钢液中溶解镁含量具有不断降低的趋势，对非金属夹杂物的控制能力也逐渐降低，从而削弱了镁处理效果。为适应含镁钢液的精炼要求，需要对钢包精炼渣进行优化设计，即找到一种控制精炼过程钢中溶解镁含量的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢包精炼渣及其钢水成分控制方法，通过设计合理的钢包精炼渣成分来抑制渣金反应，从而保证镁合金加入钢液后能够稳定其中溶解镁含量在适当水平。

为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：

一种钢包精炼渣，包括：CaO 44.56～55wt％，SiO

进一步，CaO 46.03～55wt％，SiO

进一步，CaO 44.56～46.03wt％，SiO

进一步，CaO 44.56～55wt％，SiO

进一步，CaO 44.56～55wt％，SiO

利用钢包精炼渣的钢水成分控制方法，在电弧炉冶炼过程的出钢过程，或者在LF精炼过程中添加钢包精炼渣，通过控制钢包精炼渣成分来抑制渣金反应。

优选的，在出钢过程中加入钢包精炼渣、石灰粒或者白云石造渣，控制CaO、Al

优选的，在电弧炉出钢过程中加入钢包精炼渣、石灰粒和白云石造渣；在LF精炼过程中添加石灰粒和白云石以控制精炼渣种CaO、Al

本发明技术效果包括：

1、本发明通过设计合理的钢包精炼渣成分来抑制渣金反应，从而保证镁合金加入钢液后能够稳定其中溶解镁含量在适当水平。满足条件的钢包精炼渣成分各组元含量、来源及功能具有特殊控制性。

(1)在渣金界面处，可抑制钢水中溶解镁与渣中FeO、SiO

(2)可有效发挥钢水的深脱硫功能，在抑制渣金界面反应的同时，可保持精炼渣具有合适的碱度及低的氧化性，并具有适宜的熔化温度和黏度，保证脱硫的热力学与动力学条件；

(3)可有效发挥钢水的非金属夹杂物吸收功能，控制精炼渣具有适宜的熔化温度、黏度和表面张力，有利于非金属夹杂物溶解吸收；

(4)可有效抑制精炼渣对渣线耐火材料的侵蚀，在延长钢包寿命的同时，降低了耐材脱落而导致钢中出现大颗粒夹杂的风险。

2、本发明在实际生产中实施，产品夹杂物、全氧指标较原工艺有明显提升，解决了目前材料洁净度达不到高端钢技术要求的瓶颈问题，提高了产品附加值和竞争力的条件，会促进产品向高端化发展。另外运用本发明专利技术，产品的探伤合格率会得到提升，制造成本显著降低，具有稳定的经济效益。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

本发明根据钢中非金属夹杂物属性控制对钢液中溶解镁含量的要求，在保证深脱硫和非金属夹杂物吸收的同时，通过控制钢包精炼渣成分来抑制渣金反应，在金属镁加入钢液后能够稳定的控制钢中溶解镁含量在适当水平，从而保证对钢中非金属夹杂物的控制效果，进而改善钢材的质量。

钢包精炼渣具有以下功能：

为实现上述功能，钢包精炼渣在金属镁加入前需控制在如下成分(质量百分数)：

CaO 45～55wt％，SiO

各组元来源与功能具体说明如下：

CaO：依据冶金流程不同，并不完全来源于电炉渣、造渣剂(石灰、预熔渣、白云石等)、钢包渣脱氧剂等；主要功能是控制精炼渣具有合适的碱度，满足脱硫的要求；

SiO

MgO：依据冶金流程不同，并不完全来源于电炉渣、造渣剂(白云石等)、脱氧合金化产物等；主要功能是控制精炼渣具有合适的MgO活度，从控制生成物活度角度降低渣金反应的驱动力；同时也可抑制对钢包壁镁质耐材的侵蚀；

Al

FeO：依据冶金流程不同，并不完全来源于电炉渣、造渣剂等；主要是控制精炼渣具有低的FeO活度，从反应物活度方面降低渣金反应的驱动力，同时也有利于降低钢水的全氧含量；

S、P：依据冶金流程不同，并不完全来源于电炉渣、造渣剂等，控制其含量越低越好。

实施例1

以钢种为42CrMoA曲轴钢为例说明本发明，该钢种所采用的冶炼工艺路线为EAF(电弧炉初炼)-LF(钢包精炼)-VD(真空脱气)-IC(模铸)。

下面以两个炉次的工业生产，一个炉次按原精炼渣成分控制，不对渣中MgO含量进行专门调整，一个炉次按本发明的钢包精炼渣进行成分控制，对渣中MgO含量进行专门调整。除了造渣工艺外，其他冶炼工艺参数不变。

利用钢包精炼渣的渣金反应，提高对夹杂物的吸附能力，具体步骤如下：

步骤1：在电弧炉冶炼过程中，利用钢水温度高、动力学条件好的优势，在出钢过程中加入钢包精炼渣，以及小粒石灰、白云石造渣，以初步控制CaO、Al

步骤2：在LF精炼过程中添加小粒石灰和白云石，并采用硅铁粉、电石等对钢包精炼渣进行脱氧，以维持钢包精炼渣中低的FeO含量(FeO≤1wt％)。

两个炉次精炼渣成分如表1所示。

表1钢包精炼渣化学成分(质量百分数，％)

对于42CrMoA结构钢精炼来说，金属镁合金在VD精炼结束后加入，在保证深脱硫和非金属夹杂物吸收的同时，通过控制钢包精炼渣成分来抑制渣金反应，在金属镁加入钢液后能够稳定的控制钢中溶解镁含量在适当水平。

在加入后3min和浇铸前取钢包钢水样，浇铸后取钢锭样，钢水镁含量、磷含量、硫含量与全氧含量如表2所示。

表2钢水化学成分(质量百分数，％)

从表2中可以看出，按本发明精炼渣成分控制，在磷含量、硫含量和全氧含量控制上与原工艺相当，但钢水镁含量显著高于原工艺，铸坯非金属夹杂物检测结果表明，采用本发明工艺后，粒度小于2μm的夹杂物占比由原工艺的约86％升高到约95％，夹杂物粒径平均为1.14μm，比原工艺降低了约20％，细化效果更为显著；B、D类夹杂物评级分别由1.0级和1.5级降低为0.5级和0.5级。

实施例2

钢种选用H13模具钢，该钢种所采用的冶炼工艺路线为EAF(电弧炉初炼)-LF(钢包精炼)-VD(真空脱气)-IC(模铸)。进行了两个炉次的工业生产，一个炉次按原精炼渣成分控制，不对渣中MgO含量进行专门调整，一个炉次按本专利所述的精炼渣成分控制，对渣中MgO含量进行专门调整。除了造渣工艺外，其他冶炼工艺参数不变。

利用钢包精炼渣的渣金反应，提高对夹杂物的吸附能力，具体步骤如下：

步骤1：在电弧炉出钢过程中利用钢水温度高、动力学条件好的优势，加入钢包精炼渣、小粒石灰和白云石造渣；

步骤2：在LF精炼过程中添加小粒石灰和白云石以控制钢包精炼渣中CaO、Al

钢包精炼渣成分如表3所示。

表3钢包精炼渣化学成分(质量百分数，％)

该钢种精炼过程中，金属镁合金在VD精炼结束后加入，在保证深脱硫和非金属夹杂物吸收的同时，通过控制钢包精炼渣成分来抑制渣金反应，在金属镁加入钢液后能够稳定的控制钢中溶解镁含量在适当水平。

在加入后3min、浇铸前钢水和铸锭上取样分析，钢水镁含量、磷含量、硫含量与全氧含量如表4所示。

表4钢水化学成分(质量百分数，％)

从表4中可以看出，采用本发明，在磷含量、硫含量和全氧含量控制上与使用原渣相当，但钢水镁含量显著高于原工艺，铸坯非金属夹杂物检测结果表明，采用新工艺后，粒度小于2μm的占比由原工艺的约82％升高到约93％，夹杂物粒径平均为1.09μm，比原工艺降低了约28％，细化效果更为显著，B、D类夹杂物评级分别由1.0级和1.0级降低为0.5级和0级，DS类夹杂评级由1.5级降低到0.5级。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。