一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法技术

一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，涉及钢铁冶金炼钢领域，S1：确定不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系；S2：在精炼过程中，控制转炉出钢下渣量，调整加入冶炼钢液的精炼渣成分；在转炉出钢前向所述冶炼钢液加入脱氧剂；转炉出钢后，进行软吹搅拌和静置操作；S3：在连铸过程中，对钢包进行留钢操作，向中间包吹入惰性气体并保护浇铸，控制所述冶炼钢液在不同温度区间的冷却速率，S4：在热轧过程中，调整加热温度和加热时间。该方法通过计算确定不同温度下钢液中夹杂物控制的目标成分和结晶类型，通过冶炼工艺控制对夹杂物的成分和尺寸，通过连铸和轧制工艺控制夹杂物结晶，从而控制夹杂物的形态。

【技术实现步骤摘要】
一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法
本专利技术涉及钢铁冶金炼钢领域，尤其涉及一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法。
技术介绍
钢中非金属夹杂物的大小、成分、数量和结构直接影响高品质钢的性能和质量。以铝脱氧钢为例，铝脱氧后钢水中迅速生成的大量的氧化铝夹杂物不仅严重的危害钢铁材料的性能，而且还常常沉积和粘附在浸入式水口壁上，导致水口结瘤，严重影响生产的顺行是连续生产的必然要求。由于近年来镁质耐火材料的广泛应用和精炼渣中含有一定含量的氧化镁，铝脱氧钢中镁铝尖晶石夹杂物的生成难以避免。在尽可能的去除钢中的夹杂物的同时，还通常采用改性处理的方法将钢中的夹杂物改性为低熔点的液态夹杂物，改变其轧制过程的变形能力以减小其对钢材质量的危害，也可避免水口堵塞现象，保证钢铁生产的顺行。钢中存在大量非金属夹杂物，这些夹杂物主要是内生夹杂物，主要来源于脱氧、二次氧化、渣钢反应和夹杂物析出等，也有少部分夹杂物外来于卷渣和耐火材料侵蚀等。为了保证钢中非金属夹杂物成分和形貌的均一性，需要保证在现有钢液条件下钢水中的夹杂物与钢液尽可能达到热力学平衡，避免合金加入、二次氧化和卷渣等行为引起夹杂物的成分变化。钢的轧制过程中，夹杂物的变形和破碎主要受到夹杂物性质的影响。不同成分的氧化物性质不同，相同成分不同晶体形态的性质也不同。夹杂物生成于炼钢过程，炼钢温度下，很多钙铝酸盐和硅锰铝酸盐等夹杂物为液态，在钢液的凝固和冷却过程中，液态氧化物会转变析出程不同的结晶类型，不同成分的夹杂物结晶行为不同，相同成分夹杂物在不同温度下的结晶转变百分数与冷却速率、加热温度和夹杂物尺寸有关。轧制过程中，镁铝尖晶石夹杂物硬度很大，轧制过程中很难变形；钙铝酸盐和氧化铝类夹杂物轧制过程中容易破碎形成条串状夹杂物，硅锰酸盐夹杂物变形能力较好，氧化硅夹杂物轧制过程中容易断裂破碎等。因此，本专利技术根据不同夹杂物成分和结晶类型的硬度、熔点等性质的不同，通过冶炼过程工艺优化、连铸过程冷却控制和轧制过程参数控制，有效控制夹杂物的成分、尺寸和结晶类型，从而对最终钢中夹杂物形貌进行有效控制。
技术实现思路
本专利技术提供了一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，通过计算确定不同温度下钢液中夹杂物控制的目标成分和结晶类型，通过冶炼工艺控制对夹杂物的成分和尺寸，通过连铸和轧制工艺控制夹杂物结晶，从而控制夹杂物的形态。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，所述方法包括：S1：根据目标钢液中各成分的质量百分比，确定不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系；S2：在精炼过程中，控制转炉出钢下渣量，调整加入冶炼钢液的精炼渣成分；在转炉出钢前加入脱氧剂使所述冶炼钢液脱氧和合金化；转炉出钢后，通过先后进行软吹搅拌和静置操作，保证夹杂物成分稳定；S3：在连铸过程中，对钢包进行留钢操作并保护浇铸；根据所述S1中获得的不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系，控制所述冶炼钢液在不同温度区间的冷却速率，从而改变所述冶炼钢液在不同温度区间的停留时间，使夹杂物能够结晶为所述目标钢液的结晶形态；S4：在热轧过程中，通过调整加热温度和加热时间，控制所述冶炼钢液中夹杂物的晶体形态转变，从而控制钢中夹杂物的最终结晶形态。进一步的，所述S2中，调整加入钢液的精炼渣成分具体包括：通过加入石英砂调整精炼渣成分以控制夹杂物中的Al2O3含量；通过加入白云石调整精炼渣成分以控制夹杂物中的MgO含量；通过加入石灰调整精炼渣成分以控制夹杂物中的CaO含量。进一步的，所述S2中的脱氧剂包括铝、硅铁、锰中的一种或多种。进一步的，所述S2中的冶炼钢液合金化后能够通过钙处理操作进一步控制钢液中夹杂物成分。进一步的，所述S2中软吹搅拌的时间为30分钟至45分钟，吹入惰性气体的流量为20-50NL/min。进一步的，所述S2的静置操作中，静置时间为10至25分钟。进一步的，所述S3中的保护浇铸具体包括：密封中间包，并在浇铸过程中吹入惰性气体，防止所述冶炼钢液氧化。进一步的，在所述S3的留钢操作中，每一炉钢液留钢1至3吨。进一步的，所述S3的控制所述冶炼钢液在不同温度区间的冷却速率，采用先弱冷后强冷的冷却方式，其中，将所述冶炼钢液由冶炼温度冷却至800℃的冷却速率范围为10℃/min至60℃/min。进一步的，所述S4具体包括：在热轧过程中，根据所述S1中获得的不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系，改变加热温度，同时延长轧制前连铸坯在目标钢液结晶转变温度下的加热时间，从而控制最终钢中夹杂物的形态。相对于现有技术，本专利技术所述的一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，具有如下优势：本专利技术突破了传统的通过控制钢成分和夹杂物成分控制夹杂物形态的方法，在保证原有钢成分不变的前提下，通过控制连铸冷却和热处理加热，得到具有不同变形能力的夹杂物结晶类型，实现夹杂物的形态控制。首先，通过FactSage热力学软件计算得到不同温度下的夹杂物结晶类型，相同成分夹杂物在不同温度下的结晶转变百分数与冷却速率、加热温度和夹杂物尺寸有关。其次，在精炼过程中，通过精炼过程精炼渣控制和合金化，促进夹杂物的成分稳定；通过软吹搅拌、钢包静置、保护浇注和钢包留钢降低夹杂物的尺寸，稳定提升后续连铸冷却和热处理加热过程中夹杂物的结晶转变速率。然后，因为在同一类型的结晶温度范围内，温度越高越有利于夹杂物的结晶，通过连铸控制冷却过程中不同温度的冷却速率、以及热处理过程的加热温度和时间，改变在不同范围内的停留时间，在此温度范围内冷却速率越慢约有利于夹杂物在结晶转变为此温度下的目标结晶类型，得到不同杨氏模量的夹杂物结晶类型，从而控制最终钢中夹杂物的形态。附图说明说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例中的钢中夹杂物的成分和形貌。图2为本专利技术比较例中的钢中夹杂物的成分和形貌。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本专利技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1：根据目标钢液中各成分的质量百分比，结合夹杂物的杨氏模量，确定不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系；/nS2：在精炼过程中，控制转炉出钢下渣量，调整加入冶炼钢液的精炼渣成分；转炉出钢前向所述冶炼钢液加入脱氧剂；转炉出钢后依次对钢包进行软吹搅拌和静置操作；/nS3：在连铸过程中，对钢包进行留钢操作并保护浇铸；根据所述S1中获得的不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系，控制所述冶炼钢液在不同温度区间的冷却速率，使夹杂物能够结晶为所述目标钢液的结晶形态；/nS4：在热轧过程中，通过调整加热温度和加热时间，控制所述冶炼钢液中夹杂物的晶体形态转变，从而控制钢中夹杂物的最终结晶形态。/n

【技术特征摘要】
1.一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：根据目标钢液中各成分的质量百分比，结合夹杂物的杨氏模量，确定不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系；
S2：在精炼过程中，控制转炉出钢下渣量，调整加入冶炼钢液的精炼渣成分；转炉出钢前向所述冶炼钢液加入脱氧剂；转炉出钢后依次对钢包进行软吹搅拌和静置操作；
S3：在连铸过程中，对钢包进行留钢操作并保护浇铸；根据所述S1中获得的不同温度下所述目标钢液中夹杂物和结晶形态的关系，控制所述冶炼钢液在不同温度区间的冷却速率，使夹杂物能够结晶为所述目标钢液的结晶形态；
S4：在热轧过程中，通过调整加热温度和加热时间，控制所述冶炼钢液中夹杂物的晶体形态转变，从而控制钢中夹杂物的最终结晶形态。


2.根据权利要求1所述的一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，其特征在于，所述S2中，调整加入钢液的精炼渣成分具体包括：
通过加入石英砂调整精炼渣成分以控制夹杂物中的Al2O3含量；
通过加入白云石调整精炼渣成分以控制夹杂物中的MgO含量；
通过加入石灰调整精炼渣成分以控制夹杂物中的CaO含量。


3.根据权利要求1所述的一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，其特征在于，所述S2中的脱氧剂包括铝、硅铁、锰中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种调控钢中非金属夹杂物形态的方法，其特征在于，所述S2中的冶炼钢液合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立峰，任英，张洪波，邝霜，李阳，潘宏伟，姜仁波，郭银涛，路博勋，杨文，任强，罗艳，高小勇，
申请(专利权)人：燕山大学，北京科技大学，唐山钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13