阅读说明：本技术 下注钢锭或电极坯及其制备方法 (Bottom pouring steel ingot or electrode blank and preparation method thereof ) 是由 罗玉立 蒋新亮 沈国劬 李其 曾杰 于 2019-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种下注钢锭或电极坯及其制备方法,属于冶金技术领域。所述下注钢锭或电极坯的合金含量在13～50％之间,下注钢锭或电极坯的O含量为20PPm以下,Si含量为0.07％以下,Al含量为0.007％以下。本发明的方法能够生产高合金钢Si、Al、O同时低的下注钢锭或电极坯。本发明还可进一步降低P含量,控制N含量,下注钢锭或电极坯的质量进一步提高。本发明的工艺简单,成本低。(The invention relates to a bottom pouring steel ingot or electrode blank and a preparation method thereof, belonging to the technical field of metallurgy. The alloy content of the lower pouring steel ingot or the electrode blank is 13-50%, the O content of the lower pouring steel ingot or the electrode blank is less than 20PPm, the Si content is less than 0.07%, and the Al content is less than 0.007%. The method can produce the low-alloy steel lower pouring steel ingot or electrode blank with Si, Al and O simultaneously. The invention can further reduce the P content, control the N content and further improve the quality of the bottom pouring steel ingot or the electrode blank. The invention has simple process and low cost.)

下注钢锭或电极坯及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种下注钢锭或电极坯及其制备方法，属于冶金技术领域。

背景技术

低Si、低Al、低P、低O高合金控N不锈钢的生产一直以来都存在诸多问题，比如低Si、低Al钢存在脱氧难的问题，获得低O钢难度就非常大；所以在实际生产中低Si、低Al与低O则互为矛盾。低P钢的生产存在技术及成本问题。控N存在真空浇注无法稳定获得N含量等问题。这些问题的存在导致本钢种用“电炉→钢包精炼炉”工艺流程生产时，如采用真空浇注存在N含量无法准确控制的问题，采用大气下注存在O含量超标的高度风险，如何同时经济地使用铁合金，将P含量控制在标准范围内依然是个难题。

基于该钢种N含量，致使该钢种无法用“电炉→钢包精炼炉→真空浇注”流程生产出合格的钢锭或电极坯；基于该钢种O含量的要求，致使该钢种无法用“电炉→钢包精炼炉→大气下注浇注”的工艺流程生产出合格的钢锭或电极坯(O≤35PPm)；基于P含量的严格要求，不仅对电炉粗水提出要相当高的要求，而且对铁合金品位提出了较高要求，不能经济地生产出低成本的钢锭或电极坯。由于这些因素的相互制约，导致该类钢种在生产过程中报废风险高、成本高、周期长，从而导致长期以来难以量产的问题。

现有技术中采用大气下注Si≤0.10％、Al≤0.008％、O≤70PPm、P≤0.012％。

发明内容

本发明的目的是提供一种下注钢锭或电极坯，该下注钢锭或电极坯的Si、Al、O同时低。

为达到本发明的第一个目的，所述下注钢锭或电极坯的合金含量在13～50％之间，O含量在20PPm以下，Si含量在0.07％以下，Al含量在0.007％以下。

优选的，所述下注钢锭或电极坯的P含量为≤0.010％，优选不大于0.008％，所述下注钢锭或电极坯的N含量优选为150～300PPm或450PPm以上。

优选的，所述下注钢锭或电极坯的制备方法包括如下步骤：

a.电炉冶炼；

b.钢包精炼炉真空精炼；

c.大气下注保护浇注；

其中，在b步骤所述钢包精炼炉的炉渣形成，碱度达到要求后，先用铬铁、钨铁先进行合金化，再进行扩散脱氧，每8～20min加入一批粉状脱氧剂，每一批脱氧剂用量10～30kg，炉渣变灰白或者白色后进行Ni、Mo、V等其他合金元素的合金化操作，同时每5～10min用5～15kg脱氧剂进行一次扩散脱氧，直到炉渣完全变成白色，甚至能够粉化；

b步骤所述钢包精炼炉的炉渣的碱度控制在2～4之间，所述炉渣中的Al₂O₃成分控制在5～15％之间；石灰、萤石和脱氧剂质量比控制在20～40：10：2～4；

所述脱氧剂优选为碳粉、硅钙粉、硅铁粉、Al粉中的至少一种，优选采用两种以上的脱氧剂进行复合快速脱氧，更优选的所述脱氧剂的粒度3mm以下。

铬铁中的Si能够进行沉淀脱氧，降低铬铁中Si的收得率。

优选的，所述下注钢锭或电极坯的制备方法的Al的总加入量不超过2.0kg/t钢；

优选所述脱氧剂包括含C类、含Al类和含Si类，所述含C类脱氧剂用量控制在1.0kg/t钢以下，含Al类脱氧剂用量控制在0.3kg/t钢以下，将含Si类脱氧剂用量控制2kg/t钢以下。

优选的，a步骤所述电炉冶炼的原料中Cr+Mn≤1.00％，原料熔化后期，即钢铁原料熔化60％以上，采用强吹氧喷碳助熔，吹氧喷碳强度控制在常规水平的0.7～1.6倍；熔清温度控制在1630℃以下，优选1600℃以下，最终将电炉钢水P控制在≤0.0015％的水平，优选控制在≤0.0010％的水平；

优选b步骤选用P≤0.025％，Si含量≤1.0％的铁合金进行合金化，各类铁合金中P的总带入量控制在0.005％以下。

优选的，b步骤所述钢包精炼炉的真空结束后，如果钢种要求N含量在150～300PPm，则N的控制方式可以采用钢包底吹氮气或者加入氮化合金的方式来控制钢液中的N含量，如果钢种要求N含量大于400PPm，则氮的控制就用氮化合金的加入量来精确控制；

所述氮化合金优选为氮化铬、氮化锰中的至少一种。

优选的，c步骤所述大气下注保护浇注对浇钢钢流实行全密封保护浇注；

所述c步骤所需的附具及耐火材料进行清洁及干燥，所需附具工作面清洁，金属光泽面积达到95％以上；对c步骤所需耐火材料进行烘烤，烘烤温度达到600～1000℃，时间≥12h。

c步骤所需的附具包括钢锭模、底盘等。

全密封保护浇注可以为现有技术中的全密封保护浇注方法，例如，将大包和中注管之间的有限空间，用申请号201920405033.2公开的一种密封式中注管全密封起来，实现浇注钢流不见红。对锭模内的钢液面，通过加入保护渣，一方面使其覆盖整个钢液面，另一方面使其燃烧，形成还原性气氛，防止液面的二次氧化。

本发明要达到的第二个目的是提供上述下注钢锭或电极坯的制备方法。

为了达到本发明的第二个目的，所述方法包括如下步骤：

a.电炉冶炼；

b.钢包精炼炉真空精炼；

c.大气下注保护浇注；

其中，在b步骤所述钢包精炼炉的炉渣形成，碱度达到要求后，先用铬铁、钨铁先进行合金化，再进行扩散脱氧，每8～20min加入一批粉状脱氧剂，每一批脱氧剂用量10～30kg，炉渣变灰白或者白色后进行Ni、Mo、V等其他合金元素的合金化操作，同时每5～10min用5～15kg脱氧剂进行一次扩散脱氧，直到炉渣完全变成白色，甚至能够粉化；

b步骤所述钢包精炼炉的炉渣的碱度控制在2～4之间，所述炉渣中的Al₂O₃成分控制在5～15％之间；石灰、萤石和脱氧剂质量比控制在20～40：10：2～4；

所述脱氧剂优选为碳粉、硅钙粉、硅铁粉、Al粉中的至少一种，优选采用两种以上的脱氧剂进行复合快速脱氧，更优选的所述脱氧剂的粒度3mm以下；

优选所述方法的Al的总加入量不超过2.0kg/t钢；

优选所述脱氧剂包括C类、含Al类和含Si类，所述含C类脱氧剂用量控制在1.0kg/t钢以下，含Al类脱氧剂用量控制在0.3kg/t钢以下，将含Si类脱氧剂用量控制2kg/t钢以下；

优选c步骤所述大气下注保护浇注对浇钢钢流实行全密封保护浇注；

所述c步骤所需的附具及耐火材料进行清洁及干燥，所需附具工作面清洁，金属光泽面积达到95％以上；对c步骤所需耐火材料进行烘烤，烘烤温度达到600～1000℃，时间≥12h。

优选的，a步骤所述电炉冶炼的原料中Cr+Mn≤1.00％，原料熔化后期采用强吹氧喷碳助熔，吹氧喷碳强度控制在常规水平的0.7～1.6倍；熔清温度控制在1630℃以下，优选1600℃以下，最终将电炉钢水P控制在≤0.0015％的水平；

优选b步骤选用P≤0.025％的铁合金进行合金化，各类铁合金中P的总带入量控制在0.005％以下。

优选的，b步骤所述钢包精炼炉的真空结束后，如果钢种要求N含量在150～300PPm，则N的控制方式可以采用钢包底吹氮气或者加入氮化合金的方式来控制钢液中的N含量，如果钢种要求N含量大于400PPm，则氮的控制就用氮化合金的加入量来精确控制；

所述氮化合金优选为氮化铬、氮化锰中的至少一种。

有益效果

1、本发明的方法能够生产Si、Al、O同时低的下注钢锭或电极坯。

2、本发明还可进一步降低P含量，控制N含量，下注钢锭或电极坯的质量进一步提高。

3、本发明的工艺简单，成本低。

具体实施方式

本发明的工艺流程为“电炉→钢包精炼炉真空精炼→大气下注保护浇注”。

针对低Si、低Al及低O控制：将炉渣碱度控制在2～4之间，炉渣中的Al₂O₃成分控制在5～15％之间，即整个冶炼过程Al的总加入量不超过2.0kg/t钢。将石灰和萤石比例控制在20～40：10，石灰和粉状脱氧剂比例控制在10：2～4；为了控Si、脱氧，在炉渣形成后，碱度达到要求，先用铬铁、钨铁先进行合金化，，再进行扩散脱氧，每8～20min加入一批粉状脱氧剂，每一批脱氧剂用量10～30kg，炉渣变灰白或者白色后进行Ni、Mo、V等其他合金元素的合金化操作，同时每5～10min用5～15kg脱氧剂进行一次扩散脱氧，直到炉渣完全变成白色，甚至能够粉化。

每5～10min进行一次扩散脱氧，脱氧剂用量控制在5～15kg，增加脱氧强度，既使炉渣颜色达到白色，又能避免异常增C、增Si、增Al，为低Si、低Al、低O创造良好条件。通过这样的操作控制将白渣保持到出钢，出钢前O含量控制在20PPm以下。

所述脱氧剂可包括含C类、含Al类和含Si类，但是所述含Al类脱氧剂用量控制在0.3kg/t钢以下，将含Si类脱氧剂用量控制2kg/t钢以下，所述含C类脱氧剂用量控制在1.0kg/t钢以下，这样既能实现快速脱氧，又能确保钢中Si、Al、C含量不超标。

针对浇注过程O的控制：低Si、低Al钢钢液中脱氧元素少，钢液非常容易二次氧化，所以，必须保证所需设备如钢锭模、底盘清洁及干燥，金属光泽面积达到95％以上；对所需耐火材料必须进行烘烤，烘烤温度达到600～1000℃，时间≥12h；对兑钢钢流实行全密封保护浇注，例如，将大包和中注管之间的有限空间，用申请号201920405033.2公开的一种密封式中注管全密封起来，实现浇注钢流不见红。对锭模内的钢液面，通过加入特殊的保护材料，一方面使其覆盖整个钢液面，另一方面使其燃烧，形成还原性气氛，防止液面的二次氧化。

针对低P，在电炉环节，选用优质原料，使钢铁料初始P的带入量较少；例如由优质生铁、优质碳素废钢组成的原料；其次，钢铁料选用低Cr、Mn的碳素废钢，Cr+Mn≤1.00％，利于电炉熔渣流动性的控制，便于熔炼后期泡沫渣的形成；熔化后期采用强吹氧喷碳助熔，吹氧喷碳强度控制在常规水平的0.7～1.6倍；通过控制供电参数，将熔清温度控制在1630℃以下，优选1600℃以下，实现低温脱P操作；通过以上操作，最终将电炉钢水P控制在≤0.0015％的水平。

在钢包精炼炉环节，把好原材料关口，对精炼炉所需石灰、萤石、粉状脱氧材料必须进行精选，严控渣料中P元素的含量，严防异常增P、增Si等问题；对于所需的各类铁合金必须进行化学成分分析，选用P≤0.025％的铁合金，Si含量≤1.0％，各类铁合金中P的总带入量控制在0.005％以下，控制铁合金P的总带入量，这样既能实现钢包精炼炉P含量的稳定控制，又能避免使用价格超高的金属等级的合金，不仅实现标准要求，而且降低了产品的生产成本。

b步骤所述钢包精炼炉的真空结束后，如果钢种要求N含量在150～300PPm，则N的控制方式可以采用钢包底吹氮气或者加入氮化合金的方式来控制钢液中的N含量，如果钢种要求N含量大于400PPm，则氮的控制就用氮化合金的加入量来精确控制；

所述氮化合金优选为氮化铬、氮化锰中的至少一种。

由于N元素在钢液中有一定的溶解度，所以相对稳定，在炉体真空结束后，可以通过N的铁合金往钢液中加入N，也可以采用钢包底吹N₂的方式往钢液中加N，结合吹氮效率，N含量要求小于300PPm，采用底吹N方式，吹N流量可控制在80L/min-200L/min；如果钢液中N含量≥300PPm，则需要加入N的铁合金来实现控N的目的，将N含量控制在标准中下限。N的控制目标为k[N]，K系数为0.8～1.3，[N]为钢中的目标控制含量。

实施例1

1.在电炉冶炼环节，采用生铁、碳素废钢组成钢铁料，钢铁料合金含量5％，Cr+Mn＝0.75％，熔化后期，钢铁原料熔化60％时将吹氧喷碳强度控制在常规水平1.3倍，同时将熔清温度控制在1610℃以下，实现低温脱P操作。通过以上操作，最终将电炉钢水P控制在0.0010％以下的水平。

2.在钢包精炼炉冶炼环节，按照石灰、萤石、粉状脱氧材料选用比例为30：10：2.8取物料，粉状脱氧材料为粒度3mm以下的碳粉和硅钙粉混合物，炉渣形成后，P的增量为0.001％，炉渣实际碱度为3.5，炉渣中的Al₂O₃含量8％～12％，开始用普通铬铁、钨铁进行合金化，当铬含量达到控制目标的80％以上，W含量达到控制目标85％以上，开始进行扩散脱氧，每8～10min加入一批粉状脱氧剂，每一批脱氧剂用量10kg，炉渣颜色变为灰白后，开始进行Mn、Mo、Ni、V等其他元素的合金化，合金总加入量为23％，铁合金中P含量0.025％，Si含量0.78％，各类铁合金中P的总带入量控制为0.0045％，同时每10min用10kg脱氧剂进行一次扩散脱氧。

3.在钢包精炼炉冶炼环节，将粉状脱氧材料中的Al粉类脱氧剂用量控制在0.15kg/t钢以下，Al的总加入量为1.8kg/t钢，将含Si类粉状脱氧剂用量控制1.5kg/t钢，另辅含C脱氧剂2.5kg/t钢同时进行扩散脱氧，最终出钢前O含量为14PPm，Si含量为0.04％，Al含量为0.005％。

4.针对N含量控制：针对试验钢种N含量要求范围0.04～0.06％，采用N的铁合金进行N的合金化，考虑钢液中的残余N含量，按98％的收得率加入N的铁合金，最终N刚好达到目标含量范围。

5.在大气保护浇注环节，钢锭模、底盘清洁及干燥，金属光泽面积达到95％；对所需耐火材料必须进行烘烤，烘烤温度达到750℃时间12h；将大包和中注管之间的有限空间，用申请号201920405033.2公开的一种密封式中注管全密封起来，对浇钢钢流实行全密封保护浇注，完全实现对钢流的全密封保护，降低了低吸气及二次氧化，成功地将浇注后钢中O含量为18PPm的下注钢锭，也可用作电极坯。

最终得到的下注钢锭或电极坯的合金含量为13％，Si含量为0.04％，Al含量为0.005％,O含量18PPm，P含量0.007％，N含量510PPm

对比例1

其它与实施例1相同，与实施例1不同的是：

1.在电炉冶炼环节，采用生铁、碳素废钢组成钢铁料，Cr+Mn＝1.20％。电炉冶炼熔化后期，炉渣流动性变差，脱磷难度增大，最终将电炉钢水P控制在0.0020％以下的水平。

2.在钢包精炼炉冶炼环节，按照石灰、萤石比例为3：1进行造渣，缓慢脱氧，炉渣形成后，P的增量为0.0015％，炉渣实际碱度为3.2。开始用普通铬铁、钨铁进行合金化，当铬含量达到控制目标的70％时，发现P偏高，Si偏高的问题，为防止P、Si超标，将普通铬铁改为金属铬，防止P、Si含量进一步增加。当Cr加到90％时，再进行Mn、Mo、Ni、V等其他元素的合金化，整个过程持续脱氧操作，合金总加入量为23％，铁合金中P含量0.030％，Si含量0.90％，各类铁合金中P的总带入量控制为0.006％，同时每10～20min用10kg脱氧剂进行一次扩散脱氧。

5.在大气保护浇注环节，钢锭模、底盘清洁及干燥，金属光泽面积达到80％；对所需耐火材料必须进行烘烤，浇注过程采用氩气环的注流保护措施。

最终得到的下注钢锭或电极坯Si含量为0.09％，Al含量为0.008％,O含量70PPm，P含量0.0095％，N含量500PPm。

表1对比例1产品成份

元素

Si/％

Al/％

P/％

O/PPm

N/PPm

备注

对比例1

0.09

0.008

0.0095

70

500

成本高