[发明专利]一种真空碳脱氧细晶粒钢的冶炼浇注方法

说明书

技术领域

本发明属于铸锭冶炼浇注技术领域，特别是涉及一种真空碳脱氧细晶粒钢的冶炼浇注方法，通过真空碳脱氧工艺生产细晶粒钢，浇注过程中添加铝和硅。

背景技术

真空碳脱氧工艺是利用碳与氧反应生成一氧化碳，从而达到脱氧的目的。在大气环境下，元素的脱氧能力的顺序为Al＞Si＞C，但在特定的温度和高真空状态下，碳的脱氧能力比铝/硅更有效。众所周知，真空碳脱氧工艺有以下优点：（1）降低大型钢锭中的微观偏析和宏观偏析，尤其是A型偏析；（2）降低氧化物类和硅酸盐类夹杂物含量，提高钢锭的洁净度；（3）在脱气过程中提高脱氢能力，等。最初，真空碳脱氧工艺是用于冶炼3.5NiCrMoV低压转子锻件钢，为降低转子钢中氧化物夹杂的含量和氢的含量。由于真空碳脱氧工艺采用的是碳脱氧，而不是硅/铝脱氧，因此采用该工艺生产的锻件标准中一般规定Al＜0.01wt%，Si＜0.1wt%，也就是说真空碳脱氧工艺主要用于生产硅含量＜0.1wt%且对细晶粒没有特别要求的钢种。而通常在此类大锻件炼钢时不用铝脱氧的原因主要为Al脱氧难以避免形成铝酸盐型夹杂物，在超声波探伤时会有显示。因此近年来，真空碳脱氧工艺也应用于其他锻件钢的制造，如核电压力容器用A508-3锻件钢、加氢反应器锻件2.25Cr1Mo锻件钢等。目前对于含硅含铝的钢，一般通过铝/硅脱氧进行冶炼浇注，或者是在精炼时利用真空碳脱氧和铝/硅脱氧结合，这种工艺对于铝/硅含量较难控制，并且会形成较多的Al₂O₃、SiO₂或铝硅酸盐型的夹杂物。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种真空碳脱氧细晶粒钢的冶炼浇注方法，解决利用真空碳脱氧生产硅含量≤0.4%的本质细晶粒钢的难题，同时能更加有效地控制钢中铝和硅的含量，有效控制钢锭中的氧化物和铝/硅酸盐类夹杂物的等级和含量，显著减少直至消除A偏析缺陷。

本发明在国家科技重大专项资金的资助下，开展一种浇注工艺技术的开发，即在浇注过程中，高真空状态下真空碳脱氧工艺完成后，添加铝或者硅/铝到钢液中进行合金化，从而获得偏析低、夹杂物含量少的本质细晶粒真空碳脱氧钢。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

首先精选杂质元素含量低的优质原材料在碱性电炉内冶炼无硅钢水，进行脱磷操作，要求Si≤0.05%，P≤0.005wt%；粗炼钢水倒入钢包内精炼，进行脱硫操作和调整合金成分，要求S≤0.003wt%，采用碳粉脱氧剂进行真空碳脱氧，避免采用常规的铝/硅脱氧；精炼钢水通过中间包在真空罐中进行浇注，钢水被处理成小液滴状进行脱气和脱氧，同时用压氩的方式将包裹铝片或铝/硅片的胶囊通过一个管道系统周期间断地注入钢锭模内的钢液中，进而在真空状态下浇注成含铝及硅含量≤0.4%质量良好的真空碳脱氧钢锭。浇注的具体步骤为：

第一步：精炼钢水采用真空浇注，钢锭模安放在真空室内。真空室盖子上安放中间包，钢水先进入中间包，再通过中间包下部的水口进入真空室内的钢锭模中。钢水温度为1500-1650℃，浇注速度为3-8t/min。

第二步：在中间包水口处有个通入氩气的装置，氩气的压力为0.2-0.4MPa，氩气与钢水混合后通过中间包水口进入真空室内，在负压下爆破破碎成小液滴，进行脱氧、脱气处理。真空罐的真空度控制为0.1-0.5乇的高真空状态。

第三步：在浇注过程中，用顶吹氩气的方式将包裹铝片或铝/硅片的胶囊通过一个管道系统注入钢锭模内的钢液中，控制吹入氩气流量在100-300Nl.min^-1以使得胶囊在上浮到钢液表面前完全溶解。每注入一粒胶囊在2s内真空度最高允许升至3乇。

本发明发明用于生产Si含量≤0.4%的真空碳脱氧细晶粒钢，铝和硅的收得率可以达到95%以上，并且可以降低氧化物和铝硅酸盐等夹杂物的含量，降低A型偏析。

本发明抑制钢锭的成分偏析和减少夹杂物和气体含量，较好控制硅和铝含量，获得细晶粒的工作原理：

在炼钢中，碳是最理想的脱氧剂，因为其脱氧产物为一氧化碳，不会沾污钢液，而且在气体逸出的过程中，可以有效地去除钢中气体和夹杂物。但在常压下，碳的脱氧能力并不强，故需要在真空状态下进行。

真空碳脱氧的反应机理

[C]+[O]＝{CO}