一种向钢液中加入氧化物粒子的方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种向钢液中加入氧化物粒子的方法。

背景技术

20世纪90年代，日本新日铁公司的研究人员首次提出了氧化物冶金的概念(Jin-ichi Takamura and shozo Mizoguchi,“Roles of oxides in steel performance”,Proceedings of the sixth international iron and steel congress,Nagoya,1990,1,591-597)，该技术使得钢中的氧化物夹杂变害为利，为有效减少第二相粒子对钢性能的危害提供了新的思路和方法。

氧化物冶金技术的关键在于细化晶粒，着力点是氧化物夹杂，一方面，利用夹杂物对高温下晶粒的长大进行钉扎和抑制，以避免形成粗大的奥氏体晶粒，从而最终获得细小的奥氏体/铁素体相变组织；另一方面，在奥氏体到铁素体的相变过程中，利用夹杂物诱导晶内铁素体(IGF)形核，从而得到交叉互锁、具有大角度晶界和高位错密度的针状铁素体组织。这种组织细化了铁素体的晶粒，同时因晶粒交叉互锁而抑制了裂纹的延伸过程，从而提高了钢的强度和韧性。

目前主要有两种方式在钢液中引入氧化物粒子：

内部生成法：即通过加入合金，在脱氧、脱硫以及随后的凝固过程中析出氧化物夹杂。

外部加入法：即通过直接向钢液中加入氧化物粒子，实现有效加入和弥散分布，并在随后的凝固、奥氏体/铁素体相变过程中细化晶粒。

通过专利检索，关于向钢液中加入氧化物粒子的技术方案已有类似公开，如：中国专利申请号：200910063159.7，申请日：2009年7月14日，发明创造名称为：一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法，该申请案中提到在转炉出钢过程中采用铝深脱氧，在精炼或连铸阶段直接向钢液中喷吹纳米级MgO和CaO粉中的一种或两种，喷入钢液中的MgO和CaO粉的尺寸为10nm～200nm。该申请案在冶炼过程中采用铝深脱氧的方法，使得钢水的深脱氧和深脱硫很容易实现。

中国专利申请号：200810011839.X，申请日：2008年6月12日，发明创造名称为：用于制备细小氧化物弥散钢的添加剂及其制法和应用，该申请案具有多种剂型，主张采用不同的加入方式(喂丝、喷粉、射丸、球体直接投入法)在不同的炉外精炼工位处(LF、RH、VD、CAS-OB)向钢液加入添加剂，以实现有益氧化物在钢液中的弥散分布。该申请案中所主张的添加剂，是由球芯和外壳构成的复合球体，外壳主要是由氧化钙或氧化镁的一种或两种的混合物构成，其中球芯一种主要含有益氧化物和膨胀剂或另一种主要含低熔点预熔渣粉剂和膨胀剂构成。主要采用滚动方法在制球设备上进行复合制球。

又如，中国专利申请号：200910135830.4，申请日：2009年4月29日，发明创造名称为：微米纳米冶金添加剂，该申请案中利用金属粉与微米粉、纳米粉经球磨混匀，再压制成块。一方面压制成块的微米纳米添加剂比重与熔体相近，不易上浮，另一方面金属粉与产品基体成分相同或相近，因此不污染熔体。

综上所述，目前对于氧化物粒子在钢液中的加入方式，主要分为以下两种：一种利用载气进行喷吹，其缺点在于载气将会使夹杂物附着在其上，从而上浮至渣钢界面处，被渣所吸收，无法起到细化组织的作用；另一种是使用外力将粉体瞬间送入到钢液深处(喷丸、喂丝、冲包法、直接投入法)，其缺点在于由于纳米粉体或块状纳米粉体的密度低于钢液，会迅速上浮至渣钢界面处，从而无法在钢液中分散开，失去了加入纳米粉体的作用。因而需进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中氧化物粒子在钢液中加入方式上的困难，提供了一种向钢液中加入氧化物粒子的方法；本发明通过在氧化物粒子外部进行SiO

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，其特征在于：首先对1～100μm的氧化物粒子进行SiO

作为本发明的更进一步改进，所述SiO

作为本发明的更进一步改进，在对氧化物粒子进行SiO

作为本发明的更进一步改进，对氧化物粒子进行SiO

作为本发明的更进一步改进，将冷却后的粉末放入石墨模具中，在950℃下进行放电等离子烧结，升温速率为45-55℃·min

作为本发明的更进一步改进，在烧结过程中通Ar保护，同时，施加单轴向压力15-25MPa。

作为本发明的更进一步改进，将烧结所获得的氧化物-SiO

作为本发明的更进一步改进，将切割后块体用100～400目的砂纸依次打磨至表面光滑。

作为本发明的更进一步改进，所述的惰性气体为氩气，且气流量控制在200-300sccm。

作为本发明的更进一步改进，所述的氧化物粒子为氧化镁、氧化铝或氧化铈。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，通过在氧化物粒子外部进行SiO

(2)本发明的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，在流态化气相原位沉积炉中进行气相包裹，使得气化后的硅酸乙酯与氧化物粒子接触，从而在氧化物粒子的外表面包覆有SiO

(3)本发明的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，通过对氧化物粒子的外表面所包覆的SiO

(4)本发明的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，将SiO

(5)本发明的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，通过控制氧化物-SiO

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，其过程为：

步骤一、氧化物粒子包覆处理

将1～100μm的氧化物粒子进行SiO

为了进一步控制气化后的正硅酸乙酯与氧化物粒子混合效果，其气流量控制在200-300sccm，且混合时间控制为0.8-1.2h。

优选的，本实施例的正硅酸乙酯溶液通入液态蒸发器中在100℃气化，通过氩气输送至沉积炉中，其气流量控制260sccm，且混合时间控制为1.0h。

此外，在SiO

优选的，本实施例的氧化物粒子在气流量为280sccm的氩气的保护下加热至647℃，并在该温度下保温10min。

通过对氧化物粒子进行SiO

当氧化物粒子与气化后的正硅酸乙酯混合反应完成后，随炉冷却。

步骤二、烧结处理

将冷却后的粉末放入石墨模具中，在950℃下进行放电等离子烧结，且整个过程中，其升温速率为45-55℃·min

具体的，本实施例中其升温速率为50℃·min

值得说明的是，本实施例在烧结过程中通Ar保护，同时，施加单轴向压力15-25MPa，一方面，避免在烧结过程中发生化学变化而影响氧化物-SiO

优选的，本实施例在烧结过程中施加单轴向压力为20MPa。

步骤三、打磨抛光

将烧结所获得的氧化物-SiO

步骤四、加入钢液

将抛光后的块体加入到钢液中。

本实施例的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，通过在流态化气相原位沉积炉中进行气相包裹，使得气化后的硅酸乙酯与氧化物粒子接触，从而在氧化物粒子的外表面包覆有SiO

本实施例的氧化物粒子可以为氧化镁、氧化铝或氧化铈。

实施例2

本实施例的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，基本同实施例1，其不同之处在于：

步骤一、对氧化物粒子进行预热处理

将1～100μm的氧化物粒子在气流量为200sccm的氦气的保护下加热至635℃，并在该温度下保温11min。

步骤二、氧化物粒子包覆处理

将保温后的氧化物粒子放置流态化气相原位沉积炉中，向沉积炉中通入氩气，同时，将正硅酸乙酯溶液通入液态蒸发器中在100℃气化，通过氩气输送至沉积炉中，其气流量控制240sccm，且混合时间控制为1.1h。

通过对氧化物粒子进行SiO

当氧化物粒子与气化后的正硅酸乙酯混合反应完成后，随炉冷却。

步骤三、烧结处理将冷却后的粉末放入石墨模具中，在950℃下进行放电等离子烧结，在整个过程中，其升温速率为45℃·min

步骤四、打磨抛光

将烧结所获得的氧化物-SiO

步骤五、加入钢液

将抛光后的块体加入到钢液中。

实施例3

本实施例的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，基本同实施例1，其不同之处在于：

步骤一、对氧化物粒子进行预热处理

将1～100μm的氧化物粒子在气流量为300sccm的氩气的保护下加热至630℃，并在该温度下保温9min。

步骤二、氧化物粒子包覆处理

将保温后的氧化物粒子放置流态化气相原位沉积炉中，向沉积炉中通入氩气，同时，将正硅酸乙酯溶液通入液态蒸发器中在100℃气化，通过氩气输送至沉积炉中，其气流量控制200sccm，且混合时间控制为1.2h。

通过对氧化物粒子进行SiO

当氧化物粒子与气化后的正硅酸乙酯混合反应完成后，随炉冷却。

步骤三、烧结处理将冷却后的粉末放入石墨模具中，在950℃下进行放电等离子烧结，在整个过程中，其升温速率为55℃·min

步骤四、打磨抛光

将烧结所获得的氧化物-SiO

步骤五、加入钢液

将抛光后的块体加入到钢液中。

实施例4

本实施例的一种向钢液中加入氧化物粒子的方法，基本同实施例1，其不同之处在于：

步骤一、对氧化物粒子进行预热处理

将1～100μm的氧化物粒子在气流量为300sccm的氩气的保护下加热至655℃，并在该温度下保温8min。

步骤二、氧化物粒子包覆处理

将保温后的氧化物粒子放置流态化气相原位沉积炉中，向沉积炉中通入氩气，同时，将正硅酸乙酯溶液通入液态蒸发器中在100℃气化，通过氩气输送至沉积炉中，其气流量控制240sccm，且混合时间控制为1.1h。

通过对氧化物粒子进行SiO

当氧化物粒子与气化后的正硅酸乙酯混合反应完成后，随炉冷却。

步骤三、烧结处理将冷却后的粉末放入石墨模具中，在950℃下进行放电等离子烧结，在整个过程中，其升温速率为55℃·min

步骤四、打磨抛光

将烧结所获得的氧化物-SiO

步骤五、加入钢液

将抛光后的块体加入到钢液中。