[发明专利]一种降低钢中小尺寸非金属夹杂物数量的方法

说明书

本发明提供了一种降低钢中小尺寸非金属夹杂物数量的方法，本发明利用钢水中析出微小气泡去除夹杂的原理，充分考虑增氮和析氮的热力学和动力学条件，针对高品质特殊钢夹杂物高要求及小尺寸夹杂物的难以有效去除的问题，采用LF炉工序增氮，控制钢中氧、硫含量，RH工序脱氮的操作工艺，保证钢水的增氮和析氮反应速率的稳定，在有效降低高品质特殊钢中非金属夹杂物数量的同时，也满足低成本连续稳定生产的要求。

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，涉及一种降低钢中小尺寸非金属夹杂物数量的方法。

背景技术

非金属夹杂物是影响轴承、弹簧、帘线等冶金产品的疲劳寿命的重要因素，钢中非金属夹杂物的数量、尺寸是衡量产品质量的重要指标。在现有高品质特殊钢的生产工艺流程中，对非金属夹杂物的控制大多通过LF、RH或者VD工序精炼处理，而LF、RH或者VD等精炼环节在去除非金属夹杂物时需要很长的时间。而且，这些精炼工艺虽然能生产出高品质特殊钢，但是去除小尺寸(≤20μm)夹杂物的效率比较低。

钢水中气泡能够吸附并去除夹杂物已经被冶金学者研究和应用，但通过外部供入的气体在钢水中形成气泡尺寸较大，而且分布不均匀，吸附夹杂物能力有限，去除夹杂物效果不佳，尤其对小尺寸夹杂物去除效果较差。

目前有专利给出了利用在钢中析出微小气泡来去除非金属夹杂物的方法，主要操作要点是首先对钢液中预先增加氮元素或氢元素或氢氮混合元素，然后再通过对钢液进行真空处理，使钢液中析出气泡，以达到去除夹杂物的效果。主要涉及专利有：2015年3月11日公开的公开号CN104404205《一种增氮析氮法去除钢液中显微非金属夹杂物的方法》、2019年1月11日公开的公开号CN105779699B《利用溶解气体上浮法去除金属夹杂物的方法及增压真空感应炉精炼装置》、2018年4月24日公开的公开号CN106086315《一种在钢液中生成微小气泡的方法》。以上专利虽然可以起到降低钢中非金属夹杂物的效果，但存在以下几个方面的问题：1、对高温液态钢水增氢(吹入氢气、焦炉煤气、天然气等含氢气体)的操作存在较大的安全隐患，对设备的密封性能和日常的气体管道捡漏要求严格，对企业来说管理成本较大，在工业大生产中应用适应性较差；2、未充分考虑钢水增氮和析氮反应的动力学因素，尤其是钢中氧和硫元素含量对钢中氮元素传质的影响，增氮和析氮的反应速率无法有效控制，导致增氮和析氮效果差异大，进而无法稳定夹杂物去除效果。3、以上专利中明确了增氮后钢中氮含量目标要求，但由于未对其他影响钢中增氮反应热力学和动力学因素做出要求，必然导致增氮析氮时间不稳定(未对钢水进行有效的脱氧控硫会导致钢水增氮、析氮的时间长短无法控制)。而目前全国90％以上钢企都是高效连续生产，增氮析氮时间不稳定容易造成生产节奏紊乱，影响稳定连续生产，造成吨钢成本升高。此外部分发明需要有专门的增压设备，成本投入很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低钢中小尺寸非金属夹杂物数量的方法，利用钢水中析出微小气泡去除夹杂物的原理，充分考虑增氮和析氮的热力学和动力学条件，同时结合高效连续稳定生产对工艺设计的要求，综合考虑成本和质量，针对高品质特殊钢夹杂物高要求及小尺寸夹杂物的难以有效去除的问题，设计LF和RH工艺，有效控制钢中氧、硫含量，实现钢中稳定有效增氮和分级式高效脱氮，既能高效去除钢中小尺寸夹杂物，又能满足低成本稳定连续生产的要求。

本发明具体技术方案如下：

一种降低钢中小尺寸非金属夹杂物数量的方法，包括以下步骤：

1)出钢过程对钢水进行脱氧处理；

2)出钢后的钢水经过LF精炼；

3)RH工序进行脱氮，先进行低真空处理，提升气体为氮气；再进行高真空处理，提升气体为氩气。

进一步的，步骤1)中，在出钢过程对钢水进行脱氧处理，使LF炉进站钢水中[O]含量≤30ppm，且要求钢中[S]≤0.030％。