[发明专利]20Cr合金结构钢用无氟精炼渣及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣及其制备方法，属于炼钢技术领域。

背景技术

20Cr钢是铬系合金结构钢中最典型的基础品种，市场需求量巨大，在汽车、矿山机械等制造行业被广泛用于制造心部强度要求较高、表面承受磨损、截面尺寸在30mm以下或形状较复杂而载荷不大的渗碳零件，如齿轮、齿轮轴、凸轮、活塞销、蜗杆等；或用于要求热处理变形小和高耐磨性的零件，渗碳后可进行高频表面淬火；或用于工作速度大并承受中等冲击负荷的调质零件，在我国国民经济和国防建设中起着重要的作用。

随着社会经济的发展，用户对20Cr合金结构钢的质量要求越来越高。而钢材质量与钢中[S]、[O]含量，以及夹杂物的种类、数量、尺寸、分布有关，对钢材力学性能、疲劳性能、热顶端性能以及焊接性能等有重要影响，直接决定着钢材最终的使用效能。20Cr合金结构钢质量检测中，根据夹杂物组成和形貌将钢中夹杂物分为A（硫化物类）、B（Al₂O₃类）、C（硅酸盐类）、D（钙铝酸盐类）和Ds（大颗粒夹杂）五类夹杂，并对各类夹杂物有严格要求。目前，越来越多钢铁企业采用“转炉→氩站→LF精炼炉→连铸”工艺生产20Cr合金结构钢，而LF精炼炉因具有加热、搅拌、合金化等功能，并可实现成分微调和精确控制等特点成为提高钢材质量的关键环节。正如冶金领域“炼好钢必先造好渣”的观点，LF精炼中脱硫、脱氧以及非金属夹杂物的去除主要依赖精炼渣的作用，因此选择合适的精炼渣系对于生产高质量的20Cr合金结构钢至关重要。

传统精炼渣为了解决炉渣熔化速度慢、熔点高、粘度大的问题，往往向渣中添加CaF₂，但实践表明CaF₂的使用会产生诸多不利影响：（1）含CaF₂的炉渣对炉衬侵蚀严重，增加设备维护成本；（2）高温下CaF₂与渣中其它组分反应，生成含氟气体通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体，会导致以骨骼改变为主的全身性疾病；（3）高温下含CaF₂的炉渣会产生大量氟化物，进入生态系统会引起农作物减产、畜牧慢性中毒。鉴于氟对环境和人体带来的诸多不利影响，发达国家加大了对氟污染的监控和立法，对炉渣而言，可预见无氟炉渣是未来炉渣的发展方向。

本发明中助熔剂摒弃传统的CaF₂，采用B₂O₃以消除氟污染，并通过控制CaO-SiO₂-Al₂O₃精炼渣系合适的化学成分，达到稳定、有效且环保的精炼效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣，以控制钢中夹杂物级别，提高钢材质量并达到稳定、有效且环保的精炼效果。

本发明的第二个目的在于提供一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣的制备方法。

为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案为：

一种20Cr合金结构钢用无氟精炼渣，所述精炼渣的粒度为15～35mm，各组分按重量百分比为：55～60%CaO、10～16%SiO₂、15～20%Al₂O₃、4～6%MgO、5～10%B₂O₃、TFe≤1%，余量为杂质。

进一步地，所述精炼渣的粒度为15～25mm，各组分按重量百分比为：57～60%CaO、10～13%SiO₂、17～20%Al₂O₃、5～6%MgO、7～10%B₂O₃、TFe≤1%，余量为杂质。

为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案如下：

1）原料的选择与破碎：选择含CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO及B₂O₃的矿石为原料进行破碎后混配，使混配后的原料中各组分按重量百分比为：55～60%CaO、10～16%SiO₂、15～20%Al₂O₃、4～6%MgO、5～10%B₂O₃、TFe≤1%，余量为杂质；然后将混配好的原料粉碎成5mm以下碎料后混和均匀；