CN202011524912.0一种使铋收得率不低于70％的含铋取向硅钢冶炼方法

权利要求

1.一种使铋收得率不低于70%的含铋取向硅钢冶炼方法，其步骤：

1）常规进行转炉冶炼并出钢至钢包中；

2）进行RH精炼处理，其间：

A、控制钢包表面渣层厚度不低于45mm，且渣成分在：Al
₂O
₃：25～35wt%，CaO：40～50wt%，MgO:10～15wt%；钢水中除铋元素外其它化学成分全部配加至设定值；结束时钢水温度控制在1530～1590℃；

B、真空精炼结束后进行镇静，其镇静时间不低于5分钟；

C、镇静结束后，将铋颗粒与石灰石颗粒混装容器加入钢水中，加入量按照0.1～0.5Kg/吨钢加入，后继续底吹氩气1～3分钟，底吹氩气流量控制在2～30L/min；

3）进行保护浇注和后工序；

所述铋颗粒与石灰石颗粒混和比例按照：铋颗粒：石灰石颗粒=1.5～3:1；铋颗粒及石灰石颗粒的粒度控制在不超过20mm。

2.如权利要求1所述的一种使铋收得率不低于70%的含铋取向硅钢冶炼方法，其特征在于：铋颗粒：石灰石颗粒=1.9～2.6:1。

3.如权利要求1所述的一种使铋收得率不低于70%的含铋取向硅钢冶炼方法，其特征在于：所述镇静时间在7～10分钟。

说明书

一种使铋收得率不低于70％的含铋取向硅钢冶炼方法

技术领域

本发明涉及硅钢的冶炼方法，具体涉及一种含铋取向硅钢冶炼方法。

背景技术

铋加入合金钢或不锈钢中，可改善钢的切削性能。采用金属铋替代金属铅，并复配其他化学成分，使得含铋易切削钢既具有铅系易切削钢的易切削性能，又无毒无害。铋又是晶界偏析元素，加入取向硅钢中可以沿晶界偏聚阻碍初次晶粒长大，并在后期退火过程中加强抑制剂抑制力和延缓抑制剂分解，可明显提高取向硅钢磁感B8(B8＝1.96～2.00T)和降低铁损P17。

铋是一种低沸点高蒸汽压金属元素，其熔点约为271℃，沸点约1560℃，不易进入钢中，在1450～1550℃钢中蒸汽压高达0.133kPa以上。在钢水温度高的情况下添加金属铋，铋大量气化挥发，产生大量烟气污染环境，收得率低；在钢水温度较低时加入铋，铋扩散较慢，造成铋在钢水中分布不均匀。

金属铋的密度为9.8g/cm3，比钢水的密度大，加入钢水后铋颗粒容易沉在钢包底层造成钢中铋分布不均匀，熔化的铋颗粒在钢包底部又可侵入耐火砖中易造成漏钢现象。

在钢的冶炼过程中，铋元素的挥发过程实际上由以下步骤构成：

1)铋元素由钢液内部向液相边界层迁移；2)铋元素在液相边界层中扩散；3)在液/气相界面发生挥发反应；4)铋元素在气相边界层中扩散；5)元素在气相中向冷凝壁迁移；6)气态铋元素的冷凝。

检索向钢水中添加金属铋进行合金化的相关文献，相关文献如下：

日本专利特开2007-14438中提供了一种添加铋或铋合金的方法。该专利中，通过在连铸中间包添加铋或铋合金包芯线，同时在侵入式水口出钢口上方、结晶器或铸型外设置电磁搅拌装置搅拌，可以使铋收得率高于70％。此方法将铋制成包芯线加入连铸中间包，此时钢水温度低，其铋的收得率可以达到70％，但铋的扩散较慢，在浇注成坯前铋不能完全均匀化。且铋合金包芯线的加工比较复杂，成本较高。

中国专利公开号为CN103667592的文献中，公开了《一种含铋合金钢中铋元素的弥散均匀分布方法》。该文献中采用耐火材料制作的合金加料管，在钢水精炼后，插入钢液面下100～300mm，然后再通过该合金加料管加入铋颗粒。该方法通过合金加料管将金属铋直接加入至钢液内部，尽可能避免接触钢水时挥发。但加铋时钢水温度高达1570℃左右，铋还是会大量气化挥发，该文献收得率最高只有33.6％，且耐火材料制作的加料管在使用过程中容易被钢渣堵塞，使用次数有限，使用前必须进行烘烤，现场人工操作难度大。

中国专利公开号CN105506220的文献中，公开了《一种含铋高磁感取向硅钢冶炼中加入铋的方法》。该专利中将粒度10～100mm的金属铋块封装在铁质锥形桶中，在真空钢水处理结束后直接将锥形桶放入钢水中并底吹氩气均匀化。该方法将金属铋封装在特制容器中，使其在钢水中下沉过程中熔化避免气化挥发，但部分金属铋块会直接下沉至钢包底部，造成钢包底部铋含量过高，最终铋的收得率在40％左右。

中国专利公开号CN103388050的文献中，公开了《一种易切削钢液中低熔点金属铋的添加方法》。该文献中将金属铋粉与铁粉以一定质量比混合制成包芯线，以喂线方式加入，钢液面添加足够厚的渣层避免铋的挥发损失。该文献中要求在加铋源前渣层厚度应大于50cm，避免铋挥发损失，但对渣的成分和状态未有提及。

该方法铋的收得率在60％～70％，但铋在钢中的均匀性难以保证，且同样存在喂线装备和包芯线加工复杂，成产成本高等问题。

中国专利公开号CN107299272的文献中，公开了《一种含铋易切削不锈钢的熔炼工艺》。该专利中在真空感应熔炼过程加入金属铋，金属铋粒用铜或镍包覆，通过专用的加料机构将铋颗粒在压缩惰性气体的作用下，快速均匀地喷射到真空炉内的钢液中。该方法中未提及铋的收得率，其存在机构较复杂，生产成本高，不适用于大生产现场的不足。

中国专利201910549284.2的文献中，公开了《一种在钢包加入金属铋的合金化方法》，该文献在RH精炼结束加入金属铋，通过改进金属铋的包装方式和加入位置时机精准控制，可实现铋收得率的稳定控制，但最终铋的收得率在40％左右。

从文献检索结果来看，向钢水中加入铋元素的方式主要有两种，一种是采用在连铸中间包喂线加入，另一种以中间合金或纯金属的方式加入到钢包中。从合金化效果来看，在中间包喂线加入金属铋，由于此时钢水温度低，铋的收得率最高在70％。但铋扩散较慢，铋在钢中的均匀性难以保证；以中间合金或纯金属铋的方式加入钢包中，此时钢水温度较高，铋可以快速扩散均匀，但温度高时铋大量气化挥发，铋的收得率最高只能达到40％左右，而且铋的气化挥发无法控制，最终造成铋的收得率波动较大。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的在钢包铋合金化时铋的收得率偏低问题，铋扩散较慢且不均匀的不足，提供一种避免铋大量挥发气化且铋能够快速扩散均匀，最终可将铋元素收得率提高不低于70％的含铋取向硅钢冶炼方法。

实现上述目的的措施：

一种使铋收得率不低于70％的含铋取向硅钢冶炼方法，其步骤：

1)常规进行转炉冶炼并出钢至钢包中；

2)进行RH精炼处理，其间：

A、控制钢包表面渣层厚度不低于45mm，且渣成分在：Al
₂O
₃：25～35wt％，CaO：40～50wt％，MgO:10～15wt％；钢水中除铋元素外其它化学成分全部配加至设定值；结束时钢水温度控制在1530～1590℃；

B、真空精炼结束后进行镇静，其镇静时间不低于5分钟；

C、镇静结束后，将铋颗粒与石灰石颗粒混装容器加入钢水中，加入量按照0.1～0.5Kg/吨钢加入，后继续底吹氩气1～3分钟，底吹氩气流量控制在2～30L/min；

3)进行保护浇注和后工序生产。

其在于：所述铋颗粒与石灰石颗粒混和比例按照：铋颗粒：石灰石颗粒＝1.5～3:1；铋颗粒及石灰石颗粒的粒度控制在不超过20mm。

其在于：铋颗粒：石灰石颗粒＝1.9～2.6:1。

其在于：所述镇静时间在7～10分钟。

本发明主要工艺的机理及作用

本发明之所以真空精炼结束后进行镇静，并控制镇静时间不低于5分钟，优选地控制在在7～10分钟，是由于钢水在真空精炼结束时，钢包渣面未完全形成致密的渣盖。特别是真空浸入管下方，钢水裸露或钢水上方仅有少量液态钢渣，如果此时加入金属铋合金化铋很容易从此处挥发溢出，造成铋收得率偏低。钢水镇静时间不低于5分钟，由于渣成分属于高熔点渣系，钢液上方渣可以形成致密的渣盖，在加入铋进行合金化时起到很好的密封阻止铋挥发的作用。

本发明之所以将石灰石与铋混合后一同加入，且加入量按照0.1～0.5Kg/吨钢加入，后继续底吹氩气1～3分钟，底吹氩气流量控制在2～30L/min，并控制两者的加入比例在铋颗粒：石灰石颗粒＝1.5～3:1，优选地铋颗粒：石灰石颗粒＝1.9～2.6:1，是为了保证RH精炼结束后破坏的渣层快速形壳，提前形成致密的渣壳防止铋加入后气化溢出。将铋颗粒和石灰石颗粒按照一定重量比例均匀混合封装入铁质容器中，一方面可以避免在加入合金时金属铋颗粒散落在渣面上直接气化损失，另一方面装铋合金的铁质容器在钢液中下沉时，石灰石在1500℃以上快速分解生成的二氧化碳气体起搅拌均匀作用，使铋颗粒在沉入钢包底部前快速在钢包内均匀化分布，最终可以保证铋元素在钢液中均匀分布。限定石灰石和铋的加入量按照0.1～0.5Kg/吨钢加入，是因为铋在钢中的溶解度是有限的，超过0.5Kg/吨钢加入量时，达到铋在钢中的溶解度上限，铋的收得率也受到限制。加入量小于0.1Kg/吨钢时，铋含量太低，起不到预期的效果。控制铋颗粒与石灰石颗粒重量比例在1.5～3:1，小于1.5:1时，加入铋颗粒和石灰石体积量过大，影响合金加入效率；大于3:1时，石灰石受热分解产生的气体不足以使铋在钢中均匀化。

本发明与现有技术相比，铋颗粒与石灰石颗粒混合加入，石灰石在钢液中分解产生的气体不仅可以减缓铋颗粒下沉速度，使铋能够快速扩散均匀，更主要的是还可以强化铋颗粒在钢液中的扩散，最终可获得铋收得率高于70％即在71～75％的理想效果。

附图说明

图1为本发明铸坯中不同厚度的取样位置示意图；

图2为中Bi在本发明铸坯厚度及宽度上不同的取样位置示意图的分布及含量情况；

图中：★—表示为Bi元素。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述：

表1为本发明各实施例及对比例主要工艺参数及收得率情况列表。

本发明各实施例军按照以下步骤冶炼：

一种使铋收得率不低于70％的含铋取向硅钢冶炼方法，其步骤：

1)常规进行转炉冶炼并出钢至钢包中；

2)进行RH精炼处理，其间：

A、控制钢包表面渣层厚度不低于45mm，且渣成分在：Al
₂O
₃：25～35wt％，CaO：40～50wt％，MgO:10～15wt％；钢水中除铋元素外其它化学成分全部配加至设定值；结束时钢水温度控制在1530～1590℃；

B、真空精炼结束后进行镇静，其镇静时间不低于5分钟；

C、镇静结束后，将铋颗粒与石灰石颗粒混装容器加入钢水中，加入量按照0.1～0.5Kg/吨钢加入，后继续底吹氩气1～3分钟，底吹氩气流量控制在2～30L/min；

3)进行保护浇注和后工序生产。

表1本发明各实施例及对比例主要工艺参数及收得率情况列表

本发明的实施例仅为最佳例举，并非对技术方案的限定性实施。