阅读说明：本技术 提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法 (Smelting method for improving purity of silicon deoxidized stainless steel molten steel and plasticity of inclusions ) 是由 郭靖 闫岩 郭汉杰 刘东风 刘双娟 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法,以解决不锈钢冷轧板夹杂物影响产品表面质量的问题。所述冶炼方法以常规EAF+AOD+LF+CC冶炼为基础,在AOD精炼中设置碱度值为R=2.3-3.0的渣系强化脱氧和脱硫,在LF精炼中,先设置碱度值为R=2.0-2.5的渣系精炼,提高钢水纯净度,再采用碱度值为R=1.3-1.6的渣系对夹杂物改性,提高夹杂物塑性。本发明通过控制AOD炉终渣碱度及MgO含量、温度和合金原料成分,得到MnO-SiO<Sub>2</Sub>-Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>类夹杂物,提高钢水纯净度及夹杂物的塑性；同时,在LF精炼中低碱度渣配置7%-20%的MgO,避免低碱度渣冶炼时炉衬过度侵蚀。(The invention provides a smelting method for improving the purity of molten silicon and the plasticity of inclusions of silicon-deoxidized stainless steel, and aims to solve the problem that the inclusions of a stainless steel cold-rolled sheet affect the surface quality of a product. The smelting method is based on the conventional EAF + AOD + LF + CC smelting, slag system with the alkalinity value of R =2.3-3.0 is set for enhanced deoxidation and desulfurization in AOD refining, slag system with the alkalinity value of R =2.0-2.5 is set for refining in LF refining to improve the purity of molten steel, and then slag system with the alkalinity value of R =1.3-1.6 is adopted to modify impurities so as to improve the plasticity of the impurities. The invention obtains MnO-SiO by controlling the alkalinity of the final slag of the AOD furnace, the MgO content, the temperature and the alloy raw material components 2 ‑Al 2 O 3 Class of inclusionsThe purity of molten steel and the plasticity of inclusions are improved; meanwhile, 7-20% of MgO is prepared in the low-alkalinity slag in LF refining, so that excessive erosion of a furnace lining during smelting of the low-alkalinity slag is avoided.)

提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，具体涉及一种提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法。

背景技术

金属材料中，以304不锈钢为代表的硅脱氧不锈钢，是一种最常见且应用最广的铬-镍不锈钢，具有良好且稳定的耐蚀性、耐热性、成型性、低温强度和机械特性，广泛应用于生活用品、农业工具、汽车配件、医疗器械、建材、化学、船舶部件、食品生产设备、普通化工设备、核能设备等多方面领域。

由于被广泛应用于制作生活用具、医疗用品，所以对硅脱氧不锈钢表面质量要求较高，但钢中非金属夹杂物对钢材质量影响颇大，尤其是对薄板坯而言，大尺寸、高熔点的夹杂物在轧制过程中的变形能力差，是诱发表面缺陷的来源之一，而且随着轧板的厚度逐渐降低，夹杂物的影响愈发明显，从而引起如表面线缺陷等的表面缺陷。因此，提高钢水纯净度，提高硬脆性非金属夹杂物的塑性，对减少表面缺陷和提高成品率尤为重要。但是，目前钢铁企业生产300和400系列不锈钢的常规冶炼流程下，在LF精炼过程中，采用硅铁或铝脱氧以及较为适中的炉渣碱度，仅在一定程度提高钢水纯净度，在出炉时钢水T.O依然大于25ppm，这些氧会参与反应形成Al₂O₃含量高的高熔点硬脆性尖晶石类夹杂物，夹杂物熔点升高塑性降低，对钢材质量以及后续处理有不利影响；如果降低炉渣的碱度提升夹杂物塑性则会使钢水T.O含量升高，纯净度下降。

申请号为201710260406.7的中国专利公开了一种控制不锈钢夹杂物的冶炼方法，通过在AOD冶炼炉中加入调渣剂造渣，在精炼炉内的钢包渣改质调渣，以及真空炉中吹氩环境下通过钙铝线对夹杂物进行改性，但是侧重于提高钢水纯净度且对设备要求较高。申请号为201610002220.7的中国专利公开了一种奥氏体不锈钢塑性夹杂物控制的方法，通过改善AOD脱氧制度和加入石英砂降低LF精炼炉顶渣碱度、LF精炼炉后期喂钙线使夹杂物进行变性，防止硬性夹杂物的出现，从而消除由硬性夹杂物引起的表面缺陷，但是没有对LF低碱度渣使用控制炉衬侵蚀提出保护，且其结果显示得到的是CaO-Al₂O₃-SiO₂系夹杂物，Al₂O₃含量相对较高，不是一种具有优良塑性的夹杂物，且没有考虑钢水的的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法，通过LF流程中添加一次渣，控制AOD炉终渣碱度、温度、原料成分以及渣钢比，AOD冶炼过程中MgO含量达到饱和，在LF精炼过程中温度在1555℃以上，实现钢水纯净化的同时，得到MnO-SiO₂-Al₂O₃类塑性优良的夹杂物，提高硅脱氧不锈钢的冶炼质量。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法，以EAF+AOD+LF+CC冶炼硅脱氧不锈钢流程为基础，包括如下步骤：

步骤S1，在AOD精炼脱氧和脱硫中，设置碱度值为R=2.3-3.0的渣系强化脱氧和脱硫；

步骤S2，在LF精炼过程中，设置碱度值为R=2.0-2.5的渣系进行精炼，提高钢水纯净度；

步骤S3，在LF精炼过程中步骤S2后，再采用碱度值为R=1.3-1.6的渣系对夹杂物改性，提高夹杂物塑性。

上述方案中，在步骤S1中，冶炼温度范围为1680℃-1720℃，渣钢比范围为0.1-0.2。

上述方案中，硅铁原料中Als<0.2%，LF出站钢中Als<20ppm。

上述方案中，所述碱度值为R=2.3-3.0的渣系，包括CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系，CaF₂为15-25%，Al₂O₃<2%，MgO含量配置范围为4%-8%。

上述方案中，在步骤S2中，精炼温度范围大于1555℃，所述碱度值为R=2.0-2.5的渣系，包括CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系，其中MgO含量配置范围为5%-8%，顶渣量小于5%。

上述方案中，在步骤S3中，冶炼温度范围为1500-1700℃，渣中MgO含量配置范围为8%-20%，且随着碱度降低MgO升高以抑制钢包炉衬的侵蚀，渣钢比范围为0.05-0.1。

上述方案中，所述碱度值为R=1.3-1.6的渣系，包括CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系，MgO含量配置范围为8%-20%，CaF₂为15-25%，Al₂O₃小于2%。

本发明实施例提供的提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法，以EAF+AOD+LF+CC冶炼硅脱氧不锈钢流程为基础，在AOD精炼脱氧和脱硫中，设置碱度值为R=2.3-3.0的高碱度渣系强化脱氧和脱硫，在LF精炼过程中，先设置碱度值为R=2.0-2.5的高碱度渣系进行精炼，提高钢水纯净度，再采用碱度值为R=1.3-1.6的低碱度渣系对夹杂物改性，提高夹杂物塑性，同时保证了钢水的纯净度。本发明先采用高碱度渣（R=2.3-3.0）进行AOD强化脱氧和脱硫；在高碱度渣提高钢水纯净度后，在LF过程中再采用低碱度渣（R<1.6）对钢水进行精炼，可将钢水中高熔点的硬脆性Al₂O₃类夹杂物改性为低熔点、塑性好的SiO₂-MnO-Al₂O₃系夹杂物；同时，在LF精炼采用低碱度渣中配置7%-20%的MgO，避免炉衬侵蚀。本发明在常规冶炼流程上加以改进，控制AOD炉终渣碱度、渣中MgO含量、温度、合金原料成分及渣钢比，在LF精炼过程中温度在1555℃以上，且AOD出钢过程加入一定的硅石粉调整渣的碱度，在LF工位前扒渣，在LF工位加入硅石和轻烧白云石，调整炉渣的碱度，渣碱度为1.3-1.6，MgO含量8-20%，得到低熔点、塑性好的MnO-SiO₂-Al₂O₃类夹杂物，不仅提高了钢水的纯净度，而且提高了夹杂物的塑性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1所述提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法流程示意图；

图2为本发明实施例1冶炼后钢中典型夹杂物SEM形貌图；

图3为本发明实施例1冶炼后钢中典型夹杂物成分分析图；

图4为本发明实施例2冶炼后钢中夹杂物熔点及尺寸分布图；

图5为本发明实施例2冷轧板中塑性化夹杂物良好的变形SEM形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法，能有效地提高钢水纯净度，降低成品不锈钢夹杂物数量并改善夹杂物塑性。所述的冶炼方法包括设置不同的渣系碱度、配置合适的MgO含量、使用合适的脱氧方法、以及两次造渣冶炼，以实现提高钢水纯净度及夹杂物塑性。

图1所示为本发明实施例所述提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法流程示意图。如图1所示，本实施例冶炼方法，以EAF+AOD+LF+CC冶炼硅脱氧不锈钢流程为基础，还包括如下步骤：

步骤S1，在AOD精炼脱氧和脱硫中，设置碱度值为R=2.3-3.0的渣系强化脱氧和脱硫；

步骤S2，在LF精炼过程中，设置碱度值为R=2.0-2.5的渣系进行精炼，提高钢水纯净度；

步骤S3，在LF精炼过程中步骤S2后，再采用碱度值为R=1.3-1.6的渣系对夹杂物改性，提高夹杂物塑性。

如上所述的冶炼方法中，作为本发明的一个优选实施例，在步骤S1中，采用低铝硅铁和电解锰为原料，渣系碱度范围为2.3-3.0，冶炼温度范围为1680℃-1720℃，渣钢比范围为0.1-0.2。其中，原料硅铁中Als<0.2%。所述碱度值为R=2.3-3.0的渣系，包括CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系，CaF₂为15-25%，Al₂O₃<2%，MgO含量配置范围为4%-8%。

如上所述的冶炼方法中，作为本发明的一个优选实施例，在步骤S2中，精炼温度范围大于1555℃，所述碱度值为R=2.0-2.5的渣系中MgO含量配置范围为5%-8%，顶渣量小于钢水量5%；在出钢过程加入一定量的硅石粉调整所述碱度值为R=2.0-2.5的渣系，包括CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系。

如上所述的冶炼方法中，作为本发明的一个优选实施例，在步骤S3中，在进入LF工位前在扒渣站扒渣，在LF炉渣加入硅石和轻烧白云石，并通过电极升温，冶炼温度范围为1500-1700℃，渣中MgO含量配置范围为8%-20%，且随着碱度降低MgO升高以抑制钢包炉衬的侵蚀，渣钢比范围为0.05-0.1。所述碱度值为R=1.3-1.6的渣系，包括CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系，MgO含量配置为炉渣饱和值，范围为8%-20%，CaF₂为15-25%，Al₂O₃小于2%。

下面结合附图，通过两个具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本具体实施例1中以采用两次实验室坩埚实验分别模拟EAF+AOD+LF+CC流程冶炼304不锈钢流程中的AOD过程和LF过程，在在坩埚实验1中使用化学试验（分析纯）配制CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系30g模拟AOD冶炼终渣渣系，碱度为2.6，具体成分见表1所示，使用商用304不锈钢块150g(渣钢比为0.2)，置于MgO坩埚中（渣在上层，钢块在下层，将坩埚置于管式电阻炉中，在氩气气氛下升温至1680℃，反应120min后将坩埚取出并冷却至室温，取出钢块并清理干净。

然后进行第二次坩埚实验模拟LF精炼过程，首先配置CaO、MgO、CaF₂、Al₂O₃、SiO₂渣系，碱度为1.4，MgO含量配置约11%。两次炉渣具体成分如表1所示。配置好的渣与第一次坩埚实验所得的304不锈钢钢块放入MgO坩埚中（渣在上层，钢块在下层），将坩埚置于管式电阻炉中，在氩气气氛下升温至1600℃，反应120min后将坩埚取出冷却至室温，取出钢块并清理干净。取出钢块并清理干净。

表1

	碱度	CaO	SiO<sub>2</sub>	CaF<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO
							模拟AOD精炼渣	2.6	47.31	18.19	30.00	2.00	2.50
模拟LF精炼渣	1.4	40.44	28.89	17.78	1.78	11.12

表2

	T.O/ppm	S/ppm	Als/ppm
				初始钢样	35.0	23ppm	11
模拟AOD精炼渣	4.7	4.6	12.4
				模拟LF精炼渣	9.1	9.6	6.3

表2所示为两次冶炼后钢中的T.O,S和Als含量。由表2及坩埚侵蚀情况分析，第一次坩埚实验后（高碱度渣，模拟AOD冶炼）后，钢中纯净度非常好（T.O5ppm，S<5ppm）；在第二次冶炼（LF精炼）后，钢中T.O和S有所增加，但仍然具有良好的纯净度（T.O<10ppm，S<10ppm），Als含量明显降低，由12.4ppm降低到6.3ppm，且炉衬侵蚀也较轻，与高碱度渣冶炼相差不大。图2所示为本实施例冶炼后钢中典型夹杂物SEM形貌图；图3所示为本实施例冶炼后钢中典型夹杂物成分分析图。如图2和图3所示，可见夹杂物为典型的球状夹杂物，主要成分为MnO-SiO₂-Al₂O₃类型，是一种典型的塑性夹杂物。

本发明实施例2在国内某钢厂110吨AOD和LF炉进行，生产304不锈钢，在常规冶炼流程EAF-AOD-LF-CC加以改进，在AOD强化脱氧脱硫过程中，采用低铝硅铁（Si:76.3%，Al:0.17%，Fe:23.5%）以及电解锰进行脱氧和合金化，分批加入石灰石、萤石，轻烧白云石配置碱度，碱度为2.6，具体成分见表3所示，在出钢过程中往钢包中加入200-500kg硅石颗粒，粒径小于5mm,并控制下渣量小于200mm，并吹氩5-10min进入扒渣站扒渣，扒渣后渣厚小于80mm，扒渣站渣成分见表3。钢包进入LF工位后，分批加入500-1500kg硅石，500-1000kg轻烧白云石，下电极升温至1555℃以上。LF出站温度1580-1605℃，LF出站渣成分见表3所示。表4所示为冶炼不同阶段钢中的T.O,S和Als含量的变化情况，得到与实施例1中相似的结果，在AOD脱硫期后，由于高碱度渣冶炼，钢中T.O和S含量已经达到一个较低的水平，在LF精炼后，T.O和S有所上升，但仍处于一个较低的水平，且Als明显降低，钢水具有较高的纯净度。

表3

冶炼阶段	R	CaO	SiO<sub>2</sub>	CaF<sub>2</sub>	MgO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	FeO	MnO	TiO<sub>2</sub>
										AOD出站	2.39	55.6	23.2	11.3	6.46	0.83	0.19	0.25	0.95
LF1扒渣站	2.00	51.8	25.9	13.2	6.15	0.80	0.31	0.09	0.69
										LF2出站	1.55	50.0	32.3	4.20	8.72	1.17	0.37	1.54	0.35

表4

	T.O/ppm	S/ppm	Als/ppm
				AOD出站	35	15.1	14
LF1扒渣站	22	10.6	16
				LF2出站	25	12.3	9

图4所示为本实施例冶炼后钢中夹杂物熔点及尺寸分布图。如图4所示，冶炼后钢中典型夹杂物为MnO-SiO₂-Al₂O₃类型，且处于相图的低熔点区域，说明夹杂物已经良好的塑性化。图5所示为本实施例所对应冷轧板中一典型夹杂物SEM形貌图，沿轧制方向良好的变形，使用能谱测出其成分为SiO₂ 11.1%, Al₂O₃ 12.2，MnO 37.9%，TiO2 13.0%，Cr₂O₃ 25.9%，是一种典型的塑性化夹杂物。

由以上技术方案可以看出，本发明实施例提高硅脱氧不锈钢钢水纯净度及夹杂物塑性的冶炼方法，原料采用低铝硅铁（Al<0.2%）为脱氧剂，相比传统冶炼方法，既可以降低钢中T.O，又从原料方面降低Al的摄入；由于低碱度精炼不利于脱氧和脱硫，故先采用高碱度渣（R=2.3-3.0）进行AOD强化脱氧和脱硫，在出钢过程和LF精炼两次加入硅石可以大大降低成渣的难度，可将钢中T.O和S含量脱至较低的水平；在高碱度渣提高钢水纯净度后，在LF过程中再采用低碱度渣（R<1.6）对钢水进行精炼，可将钢水中高熔点的硬脆性Al₂O₃类夹杂物改性为低熔点、塑性好的SiO₂-MnO-Al₂O₃系夹杂物；在LF精炼采用低碱度渣中配置7%-20%的MgO，避免炉衬侵蚀。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。