[发明专利]含铋合金钢中铋元素的弥散均匀分布方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢水冶炼技术领域，具体地指一种含铋合金钢中铋元素的弥散均匀分布方法。

背景技术

针对某些特殊合金钢，钢中含一定量的铋可以改善其性能，为使该特殊合金钢材成品各处性能一致，就要将铋细微化之后均匀地分散到钢中，这需要提高铋在钢水中的溶解量，保证金属铋在钢水中分布均匀。

金属铋熔点为271℃，沸点为1560℃，密度为9.8g/cm3，在钢水中的溶解度为0.02%，由此可以看出，金属铋熔点与沸点低，在钢水中的溶解度也低。在钢水中，溶解限度以内的铋先变成液体，再通过固溶反应溶解在钢水中；而溶解限度以上的铋以液体状的金属铋粒的形态悬浮在钢水中，其中，大颗粒的金属铋粒（粒度>100μm）慢慢下沉，集沉在钢包底部，而小颗粒的金属铋粒（粒度<20μm）是悬浮在钢液之中。固体铁中铋的形态分两种情况：在温度处于铋的熔点以下时，铋以金属颗粒的形态分散于结晶粒晶界；在温度处于铋的熔点以上时，铋以液体或气体的形态存在于结晶粒晶界。

由于这些特点，添加到钢水中的铋，容易液化或气化，其中，液化的会沉入底部，气化的变成气体散发，导致铋在钢水中较难溶解，利用率较低。所以要做到铋在钢中弥散至分布均匀比较困难，查找相关文献，没有查到有关向钢液中添加铋合金的有效方法。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种收得率高、使铋元素在钢中弥散至分布均匀、钢材综合性能优良且钢材成品各处性能一致的含铋合金钢中铋元素的弥散均匀分布方法。

为实现上述目的，本发明所设计的含铋合金钢中铋元素的弥散均匀分布方法，所述方法的操作步骤如下：1）铁水脱硫处理，以使铁水中的硫元素降低到设计值；2）转炉冶炼，出钢后先按2～3kg/t.s（t.s是ton steel的简写，意译吨钢）的用量添加铝铁合金、按30～40kg/t.s的用量添加硅铁合金，然后按1～2kg/t.s的用量添加钢包渣改质剂进行钢包渣改质，使钢渣中TFe+MnO的重量小于或等于钢包渣总重量的3.0%；3）钢包精炼，将钢液温度控制在1565～1595℃，钢液中各化学成分的重量百分比控制为：C：0.030～0.090%，Si：2.8～3.5%，Mn：0.06～0.20%，P≤0.030%，S≤0.030%，Als：0.02～0.04%；4）钢包精炼后，将耐火材料制成的合金加料管插入钢液液面以下100～300mm，通过合金加料管将粒度为3～30mm的低熔点易气化金属铋元素加入钢液中，铋元素加入量≤0.5kg/t.s；5）钢包底吹氩气，吹氩气强度控制在30～100L/min.ts（ts是ton steel的简写，意译吨钢）；6）连铸平台浇铸，全程保护浇铸，浇铸通钢量为0.9～1.0t/min，过热度为10～40℃，二冷段采用弱电磁搅拌。

作为优选方案，所述步骤2）中，出钢后铝铁合金的添加量为2.6kg/t.s，硅铁合金的添加量为36kg/t.s，钢包渣改质剂的添加量为1.7kg/t.s，使钢渣中TFe+MnO的重量为钢包渣总重量的2.8%。

进一步地，所述步骤3）中，将钢液温度控制在1578℃，钢液中各化学成分的重量百分比控制在：C：0.065%，Si：3.1%，Mn：0.1%，P：0.018%，S：0.024%，Als：0.03%。

再进一步地，所述步骤4）中，将合金加料管插入钢液液面以下200mm，通过合金加料管将低熔点易气化金属铋元素加入钢液中，铋元素加入量为0.25～0.32kg/t.s。

还进一步地，所述步骤5）中，吹氩气强度控制在67L/min.ts。

更进一步地，所述步骤5）中，钢包底吹氩气时间为20～120s。

更进一步地，钢包底吹氩气时间为86s。

更进一步地，所述步骤6）中，浇铸通钢量为0.93t/min，过热度为29℃。

更进一步地，所述低熔点易气化合金为铋。

本发明的工作原理如下：（1）通过耐火材料制作成的专用合金加料管将低熔点易气化的金属铋元素直接添加到钢液内部，避免了从钢液表面添加导致金属铋瞬间被气化挥发的问题，同时，该方法不会因低熔点易气化金属铋剧烈挥发使钢包渣层破裂，从而失去阻止金属铋挥发的屏障作用；

（2）金属铋的粒度控制合适：太小难以加入到钢液内部，利用率低；而太大容易沉入钢包底部，溶解在钢液中的合金数量也不多，同样不利于金属铋颗粒弥散分布；