一种提高钢液中铋元素收得率的方法与流程

[0001]
本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种提高钢液中铋元素收得率的方法。


背景技术：

[0002]
随着机械加工的高速化、自动化和精密化逐渐发展，特别是汽车工业、家用电器和精密仪表工业的快速发展，人们对材料具有良好的切削性能和加工性能要求逐渐升高，因此，易切削钢得到了广泛发展，铅系易切削钢的产量居于第二位仅仅次于硫系，且拥有良好的力学性能及热处理性，常用于制造各类机械零件和汽车零件。然而铅会对环境造成污染，因此研究无铅易切削钢具有重要的现实意义。
[0003]
金属铋(bi)外观呈银白色，有强烈的金属光泽，呈脆性，晶体结构为斜方晶系，由于金属铋无毒，且具有与金属铅相近的低熔点和高柔韧性，因此，在炼钢领域被用于替代铅，用于改善钢切削性能，铋在钢中以单质形式存在，且大部分附着在mns夹杂物上，一部分弥散分布在钢的基体中，铋的熔点很低为271℃，在高速切削时易切削钢中的bi可起到润滑刀具作用，从而减少了刀具磨损.从而提升切削性能，bi元素熔点为271.3℃，沸点为1560
±
5℃，向钢液中添加bi元素易气化，使得铋加入钢液中易产生喷溅危险和大量烟气污染，且铋难以进入钢液中发挥作用，浪费较多，成本大大增加。
[0004]
申请公布号为cn110093477a的发明专利申请公开了含铋易切削钢的铋添加工艺方法，包括如下步骤：(1)喂线前生产条件的控制，控制钢液的渣层、温度和氧活度；(2)含铋包芯线的喂入；(3)喂线结束后的处理，其中，所述步骤(2)采用间歇式喂线法，将含铋包芯线分至少3次间歇式喂入，每次喂入包芯线占加入总量的1/n，n为次数，每喂一次间隔15-20s。此发明专利采取铋锰包芯线且采取间歇式喂入，导致铋的收得率仅有15-40％，同时，采取的包芯线为铋锰粉包芯线，成本高。


技术实现要素：

[0005]
发明目的：本发明旨在提供一种提高钢液中铋收得率的方法，解决了bi元素在钢液中收得率低的问题，降低bi加入钢液的成本。
[0006]
技术方案：一种提高钢液中铋元素收得率的方法，所述方法包括以下步骤：(1)在电炉出钢过程中，向钢水包中添加含铝合金进行脱氧；(2)将步骤(1)得到的钢液进行精炼，采用精炼渣进行造渣，所述精炼渣中cao质量分数为25～40％、al
2
o
3
质量分数为25％～35％、sio
2
质量分数小于12％、发泡元素质量分数为5％～12％，精炼过程中采取高纯碳化硅粉进行渣面脱氧，全程采用底吹氩气搅拌工艺，钢液中mn/s的质量比≥4；(3)向步骤(2)所述精炼后的钢液中喂入含铋包芯线；其中，以质量百分比计，所述含铋包芯线的芯料包含：bi:40-50％、fe：50-60％，其余为不可避免的杂质；(4)步骤(3)后快速加入碳化稻壳覆盖剂进行覆盖，加入量为7-8kg/t；(5)将步骤(3)得到的钢液进行软吹，所述软吹的时间为8～15min，所述软吹的流量为80～120l/min。
[0007]
渣层可显著改善铋添加3min后钢液中铋的挥发速度。薄的渣层可能会使钢液面局
部裸露，成为铋挥发的界面。因此，喂入铋后，尽快加入覆盖剂，保证渣层厚度。同时，为减少成本，建议覆盖剂加入量为7-8kg/t。
[0008]
进一步的，所述步骤(1)中，所述以质量百分比计，所述铝合金添加量为：al0.9-1.2kg/t。
[0009]
进一步的，所述步骤(2)得到的钢液中，mn/s的质量比≥4，由于钢液中铋除以单质形式存在外，还与mns夹杂物复合，因此在钢液中mns夹杂物能固定一部分铋，保证钢中的s元素全部与mn元素结合，全部生成mns，避免生成fes。从而使铋与mns结合，固定钢液中的铋元素，所以需要mn/s的质量比≥4。
[0010]
进一步的，所述步骤(3)中，将步骤(2)得到的钢液进行精炼后，向精炼后的钢液中喂入含铋包芯线，所述含铋包芯线的芯料以质量百分比计包含：bi含量为40-50％、fe含量为50-60％，其余为不可避免的杂质。
[0011]
进一步的，所述步骤(3)中，喂入铋线钢液合适温度为1550-1570℃。
[0012]
进一步的，所述步骤(3)中，喂入铋线前需保证渣层1-2mm。
[0013]
进一步的，所述步骤(3)中，所述含铋芯线的铁皮为冷轧带钢，厚度为2-5mm。
[0014]
进一步的，所述步骤(3)中，所述含铋芯线的线径为13.5mm，芯料粒径为＜2mm。
[0015]
进一步的，所述步骤(3)中，所述喂入含铋包芯线的喂入速度为120-140m/min。
[0016]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)利用铋-铁合金粉做为包芯线粉料，避免单纯加入铋粉导致铋易挥发降低收得率。
[0017]
(2)与传统采取铋锰合金形式加入相比，包芯线成本大大降低，提高钢液中铋元素收得率的方法利用极低的成本解决了目前铋收得率低的问题，保证铋在钢液中充分发挥作用。
[0018]
(3)采取控制喂线前控制钢液中氧活度、mn/s比，渣层厚度、一次性快速喂入bi-fe合金包芯线等措施，采取本发明所述的方法，铋在钢液中收得率达80.59％。相比于其他工艺中铋收得率仅为15-40％，本发明低成本高效益。
具体实施方式
[0019]
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0020]
实施例1
[0021]
一种提高钢液中铋元素收得率的方法，所述方法包括以下步骤：(1)在电炉出钢过程中，向钢水包中添加含铝合金进行脱氧。
[0022]
(2)将步骤(1)得到的钢液进行精炼，采用精炼渣进行造渣，精炼渣中cao质量分数为25～40％、al
2
o
3
质量分数为25％～35％、sio
2
质量分数小于12％、发泡元素质量分数为5％～12％，精炼过程中采取高纯碳化硅粉进行渣面脱氧，全程采用底吹氩气搅拌工艺，钢液中mn/s的质量比≥4，渣层可显著改善铋添加3min后钢液中铋的挥发速度。薄的渣层可能会使钢液面局部裸露，成为铋挥发的界面。因此喂入铋后，尽快加入覆盖剂，保证渣层厚度，同时为减少成本，覆盖剂加入量为7-8kg/t。
[0023]
(3)向步骤(2)所述精炼后的钢液中喂入含铋包芯线；其中，以质量百分比计，所述含铋包芯线的芯料包含：bi:40-50％、fe：50-60％，其余为不可避免的杂质。
[0024]
(4)步骤(3)后快速加入碳化稻壳覆盖剂进行覆盖，加入量为7-8kg/t；(5)将步骤
(3)得到的钢液进行软吹，所述软吹的时间为8～15min，所述软吹的流量为80～120l/min。
[0025]
步骤(1)中，所述以质量百分比计，所述铝合金添加量为0.9-1.2kg/t。
[0026]
步骤(2)得到的钢液中，mn/s的质量比≥4，由于钢液中铋除以单质形式存在外，还与mns夹杂物复合，因此在钢液中mns夹杂物能固定一部分铋，保证钢中的s元素全部与mn元素结合，全部生成mns，避免生成fes。从而使铋与mns结合，固定钢液中的铋元素，所以需要mn/s的质量比≥4。
[0027]
步骤(3)中，将步骤(2)得到的钢液进行精炼后，向精炼后的钢液中喂入含铋包芯线，所述含铋包芯线的芯料以质量百分比计包含：bi含量为40-50％、fe含量为50-60％，其余为不可避免的杂质；加入钢液中铋的形式也会影响铋在钢液中的收得率，利用铋-铁合金粉做为包芯线粉料，避免单纯加入铋粉导致铋易挥发降低收得率；另外与传统采取铋锰合金形式加入相比，包芯线成本大大降低。
[0028]
钢液中铋的挥发损失主要集中在铋添加后前3分钟，特别是0-1分钟，随后钢液中铋的挥发速度逐渐减小。因此，加入铋需一次性加入，尽量缩短加入时间，如间歇式加入，会使得加入总时间延长，且在间隔期间，由于时间短，渣层处于未封闭状态，会使得刚刚喂入的铋线大量损失。
[0029]
步骤(3)中，喂入铋线钢液合适温度为1550-1570℃，在铋沸点温度附近时铋的收得率最大；铋沸点为1560℃，温度低于1560℃时铋的收得率随温度的升高而增加，而温度高于1560℃时则随温度的升高而减小，因此保证喂线时的温度在1550℃-1570℃最合适，喂入铋线前需保证渣层1-2mm，所述含铋芯线的铁皮为冷轧带钢，厚度为2-5mm，所述含铋芯线的线径为13.5mm，芯料粒径为＜2mm，所述喂入含铋包芯线的喂入速度为120-140m/min。
[0030]
在vd工序利用喂丝机向103.26吨钢液向喂入760米，经检测，钢中铋元素含量达1.4856％，计算铋元素收得率为80.59％。
[0031][0032]
本实施例采取本发明的含bi包芯线，采取与传统方式同样的喂线方式，钢液中收得率为80.59％，证明了本发明能极大提高bi元素在钢液中的收得率，降低成本。
[0033]
实施例2
[0034]
本实施例提供一种提高钢液中铋元素收得率的方法，所述方法包括以下步骤：(1)：在电炉出钢过程中，向钢水包中添加含铝合金0.9kg/t进行脱氧。
[0035]
(2)对钢液进行精炼，采用精炼渣进行造渣，精炼渣中cao质量分数为30％、al
2
o
3
质量分数为30％、sio
2
质量分数小于10％、发泡元素质量分数为5％，精炼过程中采取高纯碳化硅粉进行渣面脱氧还原，实现埋弧精炼，全程采用底吹氩气搅拌工艺，钢液中mn/s的质量比≥4。
[0036]
(3)钢液进行精炼后，温度为1560℃，以喂线速度120～140m/min向钢液中喂入含铋包芯线，所述包芯线线径为13.5mm，铁皮为冷轧带钢，厚度2mm，粉料粒径≤2mm。所述含铋包芯线的线径为13.5mm，芯料以质量百分比计包含：bi:41.1％、fe：57.4％，其余为不可避免的杂质。
[0037]
(4)喂铋线前保证渣层厚度为1-2mm，喂线后快速加入碳化稻壳覆盖剂，加入量为7kg/t。
[0038]
(5)喂入含铋包芯线后，对钢液进行软吹，软吹时间为12min；所述软吹的流量为100l/min。
[0039]
在vd工序利用喂丝机向107.39吨钢液向喂入760米，经检测，钢中铋元素含量达1.416％，计算铋元素收得率为80.59％。
[0040][0041]
本实施例采取本发明的含bi包芯线，采取与传统方式同样的喂线方式，钢液中收得率为76.66％，本实施例能极大提高bi元素在钢液中的收得率，降低成本，对加入钢液中铋进行检测分析，铋在钢液中与mns复合，形成复合夹杂物，改善钢的切削性能。

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