[发明专利]极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及无取向电工钢板及其冶炼方法，尤其涉及磁性优良的、极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法。

背景技术

Ti是电工钢中的有害元素。冶炼过程中，极少量的Ti、O、N元素便能结合，形成微细夹杂物TiO_x和TiN等。这些夹杂物会显著降低钢质纯净度，抑制热处理过程中带钢的晶粒成长，从而大幅降低成品带钢的各类磁性。基于此，越来越多的生产厂家对电工钢中的Ti含量提出了苛刻要求，目标是小于或等于30ppm，甚至10ppm。

钢中的Ti主要来源于铁水、炉渣以及硅铁合金。三者与钢中的Ti含量的相互作用关系可以解释如下：

粗炼过程中，由于Ti具有很强的还原性，因此氧化性氛围中，钢中的Ti几乎全部被氧化并形成TiO_x进入炉渣；精炼过程中，随着脱氧、合金化的进行，钢液氧化性不断降低，炉渣Al₂O₃含量不断升高，这些都不利于提高渣-钢间Ti的分配比，也就不利于降低钢中的Ti含量。此时，炉渣中的TiO_x开始被还原，再次形成Ti进入钢中。

此外，脱氧、合金化过程中，硅铁合金中的Ti也不会被氧化，而是溶解后直接进入钢中，增加钢中的Ti含量。硅铁合金的添加数量越多，钢中的Ti含量的控制难度就越大。

理论上讲，最佳的Ti控措施是，尽可能的降低硅铁、铝铁、磷铁等铁合金中的Ti含量，或者尽可能的降低硅铁、铝铁、磷铁等铁合金的添加数量，以最大限度的减少外界Ti的带入。例如，日本专利特开2002-322508，对钢液脱氧、合金化过程中还原材料的添加数量提出了严格要求，硅铁所占比例不能高于0.05％，铝铁所占比例不能高于0.002％。因此，为满足该工艺的控制要求，必须采用超高纯度的铁合金，但这会大幅增加钢的制造成本，同时，也很难通过工业化的方式，稳定、批量获得这些高纯度的铁合金。

还有，通过尽可能的降低铁水Ti含量，以降低成品钢中的Ti含量。例如，日本专利特开2004-307942提出将铁水Ti含量严格限制在500ppm以内，这样可以将钢中的Ti含量控制在20ppm以内。然而，由于高炉炼铁过程为还原气氛，本身不具备脱除Ti的条件，因此严格限制铁水Ti含量的苛刻要求，最终只能通过提高冶炼铁水用原、辅材料的品质级别予以实现，这样也会大幅增加成品钢的制造成本，不利于改善或提高产品的市场竞争力。此外，由于对铁矿石、熔剂等原、辅材料的品质级别提出了苛刻要求，不利于高炉炉况的保养和维护。

再有，目前广泛采用的通过降低炉渣中的TiO_x含量，或者调整炉渣的化学成分，或者减少炉渣中TiO_x的还原的方式，以降低成品钢中的Ti含量。例如，为有效减少炉渣中的TiO_x含量，避免脱氧、合金化之后，炉渣中的TiO_x被还原，日本专利特开2002-180123提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过扒渣、除渣的方式，降低炉渣数量。在此基础之上，日本专利特开2002-105578提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过先行扒渣、除渣，然后添加铝铁进行终脱氧、合金化；同样，在此基础之上，日本专利特开2004-307942提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过先行扒渣、除渣，控制炉渣的碱度、FeO含量，然后采用硅铁预脱氧、铝铁终脱氧的方式，调整最终炉渣的碱度，要求脱氧、合金化之后，炉渣的碱度限制在0.3～1.5；为准确控制炉渣化学成分，日本专利特开平5-86413提出在粗炼结束之后，通过进行钢包顶渣改质，添加FeSi和SiO₂改质剂的方式控制炉渣的碱度，也提高了渣-钢间Ti的分配比。上述方法的共同缺点是，需要预留出扒渣、除渣时间，从而延长了冶炼周期。此外，为达到炉渣的改质效果，冶炼过程添加的改质剂价格昂贵，操作过程也比较复杂。

还有，为有效避免炉渣中的TiO_x被还原，以及确保成品带钢的各类性能，日本专利特开2002-105578提出将机械用钢的Al含量控制在0.01～0.1％之间；日本专利特开2003-73726提出将轴承钢的P含量控制在0.025％以下；为避免脱氧、合金化之后，添加磷铁造成额外增Ti，日本专利特开平7-173519提出含P钢种添加磷铁时，钢液的游离氧含量需要大于100ppm。

发明内容