[发明专利]一种通过钢水纯净化控制钢锭A偏析的方法

说明书

技术领域

本发明涉及所有碳钢、合金钢等黑色金属材料的冶炼与浇注，具体为一种通过钢水纯净化控制钢锭A偏析的方法，应用于各种规格的圆锭、扁钢以及各种规格的普通连铸坯料、垂直大断面连铸坯料的制备。

背景技术

钢锭制造过程中通常存在宏观偏析、大型非金属夹杂物、中心缩孔疏松等铸造缺陷，这些缺陷将严重影响锻件质量。宏观偏析特别是A偏析（连铸通常为V偏析，以下同）是最严重的缺陷，显著影响产品性能，而且无法通过后续工艺消除，因此迫切需要一种简单而实用的解决方法。近几年，国内炼钢设备不断升级与改进，但随着产品规格越来越大，对锻件质量要求也在不断提高，因此产品合格率并没有大幅度提高，重要产品的合格率反而下降了，导致这种结果的最主要原因是钢锭或坯料中存在A偏析。A偏析区域存在大量的夹杂物，因此解决钢锭中的夹杂物缺陷意义重大。对于某些钢种（例如转子用钢），A偏析中的Al₂O₃加MnS夹杂物将严重影响材料力学性能，成为裂纹源，因此减轻钢锭中的A偏析将有助于提高锻件质量。

钢锭A偏析区富集C、S、P、氧化物、硫化物以及气体等，钢锭锻造后进行内部质量检测时，A偏析区往往成为缺陷区域，难以达到检测要求，从而增加了锻件的报废率，给生产钢锭、坯料的企业带来沉重的经济负担。按照国际现有理论，解决钢锭中A偏析的方法一般为：加入外来冷却物质、外场处理或通过加强钢锭的外部冷却，实现钢锭或坯料的快速凝固，以达到减轻A偏析目的。但这些方法操作难度大，在大型钢锭或坯料制备过程难以实施。另外，这些方法在操作过程中可能带入外来大型夹杂物，直接能引起钢锭报废。因此，针对大型钢锭或者大断面连铸坯料，必须突破技术瓶颈，采用新技术解决A偏析问题。中国科学院金属研究所通过计算机模拟、X射线实时观察和实物解剖等可视化方法，发现A偏析的起源是夹杂物，主要为Al₂O₃加MnS，枝晶间流体缓慢流动将促进A偏析形成，但不是A偏析的根源。因此，通过钢水纯净化可以抑制A偏析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过钢水纯净化控制钢锭A偏析的方法，解决钢锭制造过程中最主要宏观偏析缺陷问题，同时对控制黑色合金材料的夹杂物含量、分布、尺寸，减少金属液中的气体含量都具有很好的效果，最终显著减少直至消除钢锭中A偏析缺陷。

本发明的技术方案是：

一种通过钢水纯净化控制钢锭A偏析的方法，包括以下步骤：

1）电炉出钢时，要求P≤0.005wt%，严禁冶炼钢渣进入钢包内；同时，有害元素总含量≤100ppm；钢水出炉过程中，添加氧化钙3-15kg/t钢水，同时添加铝≤0.5kg/t钢水，防止金属液沸腾；

2）金属液预脱氧采用真空碳脱氧工艺，避免采用常规的铝脱氧剂，减少夹杂物，特别是氧化物夹杂的数量；

3）利用LF炉精炼渣脱硫技术进行深脱硫，去除夹杂物，控制氧含量，要求S≤0.005wt%；

4）再通过VD真空脱气炉进行高真空脱气、尤其是脱氧去除夹杂，实现金属液冶炼纯净化，全氧含量≤15ppm，理想值≤10ppm；浇注过程采用惰性气体保护，或者在真空条件下浇注，进一一步脱氧或者不增氧。

所述步骤1）中，电炉出钢前应保证P≤0.005wt%，同时保证在10-20min内没有P升高的现象，同时喷碳粉0.1-2kg/t钢水进行微脱氧。

所述步骤1）中，有害元素为As、Sn、Sb、Bi、Pb。

所述步骤1）中，钢水出炉过程中，添加铝小于0.5kg/t钢水，或不添加铝。

所述步骤1）中，钢水出钢时采用偏心底出钢，或者倒换底漏包的方式进行，防止钢渣进入精炼钢包。

所述步骤1）中，钢水出炉时添加的氧化钙与铝材料干燥，分2-10次进行添加。

所述步骤2）中，预脱氧采用真空碳脱氧的工艺为：将出钢后形成的钢渣全部去除后，按每吨钢水计，添加白灰CaO5-15kg/t钢水，C粉1-4kg/t钢水，萤石0.5-5kg/t钢水，造新渣。

所述步骤2）中，真空碳脱氧前钢包温度控制在1610-1650℃；其中，真空度达到0.25-5乇，并且保持10-30min，真空保持过程中钢包氩气流量调整到30-100L/min。