精炼高纯度不锈钢的方法 【技术领域】
本发明涉及精炼不锈钢的方法，更具体地，涉及精炼高纯度不锈钢的方法，其中将在电炉中熔化的原料置于氩氧脱碳(AOD)精炼炉中处理，输送到钢包再进行连续浇铸，其中通过控制精炼表面还原工艺后的炉渣的成分和碱度以及使用脱硫工艺来减少高熔点硬夹杂物出现，从而提高夹杂物的延性并且防止产品出现表面缺陷和裂纹。
背景技术
一般地，当不锈钢中的夹杂物具有高熔点并且是硬夹杂物时，在产品表面的夹杂物将导致表面缺陷或裂纹。通过在不锈钢水精炼工艺中使用氩氧脱碳(AOD)方法或真空氧脱碳方法(VOD)，在二次精炼炉中实施用于软化的去除夹杂物或降低熔点的工艺。
在精炼炉中，将氧气吹入钢水中并执行去除碳的脱碳精炼工艺。此后，为了减少脱碳精炼工艺中产生地氧化铬，加入诸如Si或Al等还原剂以及主要由CaO组成的碱性熔剂。接着，为了促进脱氧以及去除夹杂物，利用例如Ar等惰性气体对钢水进行搅拌。
在对具体成分或夹杂物没有限制时，使用低成本的Fe-Si作为所述还原剂。防止由于不锈钢精炼工艺中产生的硬夹杂物造成的产品缺陷的精炼方法，披露于日本未审查专利申请公报平4-99215、平3-267312、平10-158720、平6-306438以及平8-104915。所有这些方法都适用于镜样的精整材料，在这些材料中容易产生由夹杂物造成的表面缺陷。在所有的这些方法中，所述夹杂物在产品的轧制过程中经调整不再延展成直线型。
在日本未审查专利申请公报平04-99215中，需要限制原料中的Al。但是，实际上，在使用废钢制造不锈钢的过程中难以限制原料中的Al。另外，在日本未审查专利申请公报平3-267312以及平10-158720中，通过控制精炼炉中炉渣的碱度以及浓度(％Al2O3)和(％MgO)，可以限制硬夹杂物的形成。但是，仅仅通过调节精炼炉中炉渣的成分难以抑制硬夹杂物的形成。
另外，在日本未审查专利申请公报平6-306438中，据其公开，为了防止硬夹杂物MgO·Al2O3的出现，可使炉渣中的浓度(％MgO)和(％Al2O3)分别为7％或小于7％以及5％或小于5％，碱度在1.3到1.9的范围内。但是，当使用镁铬尖晶石作为精炼耐火材料时难以将炉渣中的浓度(％MgO)降低到5％以下，并且也难以稳定地控制所述浓度。
另外，在上述与日本未审查专利申请公报平8-104915相似的现有技术中，将精炼炉中炉渣的碱度特别地控制在较低的水平(CaO/SiO2＜2)。但是，在所述炉渣碱度较低的情况下，氧含量增大了，钢水的纯度变差。并且，在精炼炉中，难以脱除钢水中的硫。
【发明内容】
为了解决现有技术中的问题，本发明的一个目的是提供一种精炼不锈钢的方法，更具体地，提供一种精炼高纯度不锈钢的方法，其中将在电炉中熔化的原料置于氩氧脱碳(AOD)精炼炉中处理，输送到钢包再进行连续浇铸，其中通过控制精炼表面还原工艺后的炉渣的成分和碱度以及使用脱硫工艺来减少难熔硬夹杂物的出现，从而提高夹杂物的延性并且防止产品出现表面缺陷和裂纹。
【附图说明】
结合附图，将在下面的描述中解释本发明的上述方面和其它特征，在附图中：
图1a是表示由于STS钢的硬夹杂物(MgO.Al2O3)造成的缺陷呈现在冷轧钢卷表面的线缺陷的图；
图1b是表示在制造产品过程中的裂纹的图，所述产品中具有由STS钢的硬夹杂物引起的缺陷；
图2是表示冷轧钢卷中尖晶石出现与表面缺陷指数之间的关系的曲线图；
图3是表示AOD炉渣碱度影响尖晶石的出现的图表；
图4是表示AOD炉渣碱度与钢水中T.[％O]之间的关系的图表；
图5是表示板坯夹杂物中尖晶石出现与钢包渣中(％Al2O3)+(％MgO)之间的关系的图表；以及
图6是表示AOD炉渣碱度与钢水中的硫浓度之间的关系的图表。
【具体实施方式】
下面将参考附图详细描述本发明。
一般地，当使用Si作为AOD还原精炼的还原剂时，硬夹杂物MgO.Al2O3会引起产品的表面缺陷或裂纹。在不锈钢精炼过程中产生的夹杂物的起因如下：当使用Si作为还原精炼的还原剂时，如果加入含Al的材料，或者如果钢水中的浓度T.[Al]超过预定值，则产生硬夹杂物MgO.Al2O3或夹杂物Al2O3。
另外，当使用Si作为还原精炼的还原剂时，夹杂物渐渐成为悬浮在钢水中的渣颗粒，起到还原精炼过程或钢包钢抽出过程(ladle-steel-drawn-out)中核的功能。从钢抽出过程到铸造过程，悬浮在钢水中的炉渣与脱氧反应产生的Al2O3结合在一起，从而组成发生变化，所述的结合过程的进行伴随着钢水温度的下降。因此，夹杂物中的Al2O3浓度增大。Al2O3浓度的增量取决于钢水中的T.[Al]以及炉渣的碱度。
除了受合金钢中的Al的影响之外，钢水的T.[Al]还受到钢包耐火材料或炉渣中的Al2O3的影响。另一方面，如果MgO和Al2O3的浓度高，则在一部分球形夹杂物中生成MgO.Al2O3。另外，钢中夹杂物的数目和量本质上取决于浓度T.[O]。但是，由于浓度T.[O]取决于炉渣的碱度，夹杂物的量可由CaO/SiO2控制。如果精炼炉还原过程之后的炉渣的碱度高，则能有效地降低钢水中的T.[O]和硫的浓度。然而，容易生成夹杂物MgO.Al2O3。
因此，为了抑制夹杂物MgO.Al2O3的产生以及减少夹杂物的量，重要的是降低精炼炉炉渣的碱度。另外，需要降低炉渣中Al2O3和MgO的浓度。由于当AOD炉渣的碱度降低到1.6到1.8的范围时硫将引起问题，因此必须在电炉-AOD或VOD工艺或在VOD精炼炉工艺之前，在电炉中除去钢水中的硫。
图1a表示由于STS钢的硬夹杂物(MgO.Al2O3)造成的缺陷呈现在冷轧钢卷表面的线缺陷，图1b表示在制造产品过程中的裂纹，所述产品中具有由STS钢的硬夹杂物引起的缺陷。缺陷和裂纹的来源是主要存在于铸造板坯中的硬夹杂物MgO.Al2O3。
图2是表示冷轧钢卷中尖晶石出现与表面的表面缺陷指数之间的关系的曲线图。此处，所述尖晶石出现和表面缺陷指数定义如下：
尖晶石出现(％)＝(生成尖晶石的夹杂物的数目)/(目测的夹杂物的数目)×100；以及
表面缺陷指数＝(夹杂物引起的线缺陷数量)/(1km冷轧钢卷)
如图所示，所述表面缺陷指数与板坯中尖晶石出现密切相关。可以理解的是，在尖晶石出现为40％或小于40％时可以得到表面缺陷指数为1或小于1的高表面质量。
为了达到所述目的，本发明提供一种精炼不锈钢的方法，其中将在电炉中熔化的原料置于氩氧脱碳(AOD)精炼炉中处理，以便输送到钢包再进行连续浇铸，其中通过使用氩氧脱碳(AOD)精炼炉将还原处理后得到的炉渣的碱度控制在1.5到1.8的范围，其中，使用白云石作为所述钢包的耐火材料，而且其中所述炉渣中的复合物浓度(％Al2O3)+(％MgO)小于13。
另外，本发明提供一种精炼不锈钢的方法，其中钢水的脱硫工艺在电炉与氩氧脱碳(AOD)精炼炉之间进行。
另外，本发明提供一种精炼不锈钢的方法，其中钢包炉用于补偿脱硫工艺中钢水的温度下降。
将精炼炉还原过程后的炉渣的碱度限制在1.5到1.8之间的原因是，当炉渣的碱度为1.8或大于1.8时所述板坯夹杂物中MgO.Al2O3的出现是80％或大于80％，而当炉渣的碱度为1.8或小于1.8时所述板坯夹杂物中MgO.Al2O3的出现是50％或小于50％。另外，当炉渣的碱度为1.5或小于1.5时，钢中夹杂物的数量和尺寸增大，所述炉渣的脱硫能力明显下降。另外，白云石是比氧化铝更优选的耐火材料的原因是，氧化铝耐火材料会与炉渣反应并增大炉渣中的Al2O3浓度。如果炉渣中的Al2O3浓度增大，则钢水中的Al浓度增大。最终夹杂物中的Al2O3浓度增大。因此，增大MgO.Al2O3的出现。
另外，将钢包渣中的Al2O3和MgO浓度之和限制到1.3％或小于1.3％的原因是，夹杂物中MgO.Al2O3的出现大大取决于所述Al2O3和MgO的浓度。如果两种成分的浓度和为13或大于13，则明显增大MgO.Al2O3的出现。
并且，为了抑制夹杂物中MgO.Al2O3的出现，难以将所述精炼炉的碱度降低到1.5到1.8的范围内。因此，需要在精炼炉处理之前进行脱硫工艺。电炉—精炼炉工艺中钢水中的硫可以在精炼炉之后或之前进行脱除。当在精炼炉之后脱硫时，由于脱硫渣的碱度应调节到2或大于2，因此不可能阻止板坯中MgO.Al2O3的出现。
因此，优选的是，所述钢水脱硫是在所述电炉工艺之后且在所述精炼炉工艺之前进行。另外，由于在脱硫过程中温度下降，需要升高温度的设备，以便稳定地执行后续工艺。升高温度的优选设备是钢包炉。由于钢包炉使用电极直接加热钢水和炉渣，因此脱硫渣容易熔化并且脱硫效率大为提高。
下面将利用实施例详细描述本发明。
[实施例]
在使用电炉、AOD精炼炉、钢包和连续浇铸生产STS 430钢(16.5％Cr)的过程中，将由废料和铬铁(Fe-Cr)组成的原料在90吨电炉中熔化，接着在AOD中使用氧—氩混合气体进行脱碳精炼。脱碳精炼之后，为了减少并回收氧化的铬，加入Si、生石灰和萤石并吹氩气进行还原精炼。然后出钢。在钢包中，在调节最终成分和温度的同时吹入氩气进行搅拌。此后通过连续浇铸，铸造出宽度1200mm和厚度200mm的板坯。铸造的板坯经过热轧和冷轧，结果，得到0.6mm厚的冷轧钢板。
下面的表1表示本发明所用的STS 430钢的成分。检查夹杂物时，在板坯中心取样，利用光学显微镜观察从样品上表面到深度1mm处的夹杂物，并利用电子显微镜(SEM、EPMA)检测每个样品中5个夹杂物以上的硬夹杂物MgO.Al2O3的含量和出现。
[表1]
STS钢的成分(wt％) C Si Mn Cr Ni S N 0.045 0.45 0.4 16.2 ＜0.4 ＜0.010 0.035
另外，下面的表2表示AOD还原工艺之后炉渣的碱度，钢包渣中的复合物浓度(％MgO+％Al2O3)，根据钢包耐火材料的板坯夹杂物中的尖晶石出现，以及AOD脱硫工艺之后钢水中的硫浓度。
[表2]
本发明实施例与对比实施例的条件和结果 编号 AOD渣 (CaO/SiO2) 钢包渣的 (％MgO+ ％Al2O3) 钢包 耐火材料 夹杂物中 MgO.Al2O3 的出现(％) 在精炼炉脱硫 之后[％S] 在精炼炉之 前50％脱硫处 理时的AOD [％S]本发明实施例 1 1.57 11.95 白云石 25 0.012 0.006 2 1.78 12.99 白云石 20 0.006 0.003 3 1.64 11.11 白云石 0 0.008 0.004对比实施例 4 1.69 15.38 氧化铝 100 0.007 0.007 5 1.67 18.63 氧化铝 80 0.007 0.007 6 1.62 17.79 氧化铝 80 0.008 0.008 7 1.78 13.5 白云石 60 0.006 0.006 8 1.91 14.75 氧化铝 60 0.003 0.003 9 2.23 13.89 氧化铝 100 0.001 0.001
*白云石耐火材料(MgO：38.5％，CaO：59.5％)
*氧化铝耐火材料(Al2O3：85％，SiO2：7％)
在本发明实施例以及对比实施例中，T.Al浓度为0.003％或小于0.003％。在本发明实施例中，可以看出，硬夹杂物的出现稳定在20％或小于20％。图3表示AOD还原工艺之后炉渣的碱度与板坯夹杂物中尖晶石的出现之间的关系。参看附图，当碱度为1.8或小于1.8时尖晶石的出现低。如图2所示，当板坯夹杂物中所述尖晶石的出现降低时，冷轧钢卷的表面缺陷指数下降。
另外，图4表示AOD渣的碱度与板坯T.[％O]之间的关系。板坯T.[％O]随碱度的降低而增大。特别是，板坯T.[％O]在所述碱度为1.5或小于1.5时明显增大。图5是表示板坯夹杂物中尖晶石的出现与钢包渣中(％Al2O3)+(％MgO)之间的关系的图表。参看附图，可以看出，当钢包渣的(Al2O3+MgO)浓度为13％或小于13％时，MgO.Al2O3的出现以及硬夹杂物的出现降低。
图6表示钢水中硫浓度与AOD还原工艺之后的AOD渣碱度之间的关系。由于STS钢430的[％S]规格的上限为0.01，因此考虑硫的要求，AOD工艺终点时硫浓度应为0.008或小于0.008。但是，如图所示，如果碱度调节到图示的1.5到1.8的范围内，则超出[％S]规格的上限。
硫在炉渣中的分配比，即硫在炉渣中的浓度与硫在钢水中的浓度之比约为30。利用这一点，AOD精炼炉中硫的起始浓度应为0.015％或小于0.015％，以便满足钢水中硫浓度的要求。换言之，由于AOD精炼炉工艺中硫的起始浓度在0.025到0.020％的范围内，因此只有在AOD精炼炉工艺之前脱硫25-50％，才能达到对AOD渣的稳定控制，以便抑制板坯中硬夹杂物的出现。
如上所述，根据本发明高纯度不锈钢的精炼方法，通过控制精炼表面还原工艺之后炉渣的成分和碱度以及使用脱硫工艺，可以抑制难熔硬夹杂物的出现，由此，其优点在于，可以提高后续工艺中所述夹杂物的延性，防止预制品的表面缺陷和裂纹。
尽管参考优选的实施方案进行了上面的描述，但应该理解的是，本领域一般技术人员在不偏离本发明及所附权利要求的精神和范围的条件下，可以对本发明做出变化和修改。