CN101457281A - 转炉生产超低碳钢过程中rh脱碳处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明所要解决的技术问题是防止转炉工艺生产超低碳钢过程中RH***管粘渣。本发明的技术方案是：将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为：SiO₂ 5.0～11.0％、CaO 40.0～48.0％、Al₂O₃ 7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO＝20.0％、MnO＝7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等，提高了CaO/Al₂O₃、(CaO/SiO₂)/Al₂O₃比值，有效地抑制了钢包渣中高熔点相的析出，降低了钢包渣的熔点和粘度，增强了钢包渣的流动性，减轻了RH***管粘渣，提高了不清渣连续处理炉数。

Description

转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法

技术领域

本发明涉及一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，可有效防止转炉工艺生产超低碳钢过程中RH***管粘渣，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

RH真空处理技术是生产高质量品种钢的重要炉外精炼手段。目前世界上许多转炉炼钢厂生产线均配置了RH精炼炉，并常采用该设备对包括IF钢在内的超低碳钢进行脱碳处理。在IF钢或其它超低碳钢生产中常常出现***管较严重的粘渣现象，致使***管***增大，RH处理时钢包净空减小，影响精炼工艺的正常进行。为此常常要进行大量耗时的清理，还会引起***管损坏，时常导致真空室提前下线，使连续生产受到严重制约，规模效应得不到充分发挥，在很大程度上影响了生产。在处理其它钢种时***管的粘渣则要轻微许多。这说明超低碳钢与其它钢种的特性及其生产工艺的差别对RH***管的粘渣有重要影响。这些差别主要包括：

(1)钢水流动性与钢水处理温度和时间：在RH处理温度下，良好的钢液流动性有利于在液面升降过程中，钢水从***管表面的脱落，减弱渣层中钢的锚固作用。相反钢液的凝固温度高，容易导致渣层上钢水的冷凝和对粘渣的稳固；而RH处理温度低，有利于对耐材的保护，减轻渣钢对耐材的浸渗，削弱***管挂渣粘渣的基础；延长RH处理时间，不利于减轻粘渣。

(2)脱氧方法与脱氧产物的特性：超低碳钢生产中通常是铝脱氧镇静钢，且采用预脱氧工艺，脱氧产物中有大量的高熔点Al₂O₃产生，同时，铝镇静钢会与高铝耐材发生反应，在***管外壁形成氧化物沉积，或在高温下与渣中的氧化物组元发生反应生成莫来石(熔点1810℃)和铁尖晶石(FeAl₂O₄熔点1780℃)。同时，这些高熔点化合物的形成，又会造成炉渣粘度增大、流动性降低，增加粘渣能力。

(3)钢包渣组成与性质：目前超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比一般控制为：SiO₂ 6.0～12.0％、CaO20.0～30.0％、Al₂O₃ 20.0～30.0％、MgO8.0～15.0％、FeO 15.0～25.0％、MnO 5.0～10.0％。与其它钢种相比，超低碳钢钢包渣含有较高的FeO、Al₂O₃等组分，且CaO/Al₂O₃、(CaO/SiO₂)/Al₂O₃较低。当温度降低时，这种渣容易析出高熔点物相。如2MgO·SiO₂(镁橄榄石)和MgO·Al₂O₃(铝镁尖晶石)，其熔点分别高达1890℃、2135℃，还会形成MgO·FeO(铁橄榄石)及3Al₂O₃·2SiO₂(莫来石)等高熔点复合化合物。即使形成MgSiO₂(斜顽辉石)，其熔点也在1577℃。炉渣一旦与***管粘附就很难被熔掉，这样不断堆积，就会使***管增粗变大，以致不能继续使用。

(4)钢渣界面性质：RH处理超低碳钢时，钢渣中含有很高的FeO和MnO，钢水中的[O]相对其它钢种时高出许多，渣—钢间的界面张力较小，渣钢不易分离，使得RH***管在粘附渣的同时又裹入金属液。这种钢渣混卷导致粘渣层自碎性减弱，给后续清理带来极大的困难。此外，由于钢渣混卷，增大了粘渣层的密度和导热能力，堆积越来越大的粘渣层，犹如巨大的吸热体和散热体，随着RH处理过程液面的升降，先粘结渣钢混合体起着吸收、散失钢液热量、降低附近渣钢熔体温度的作用，促进未凝渣冷凝析出高熔点相，进一步增大粘渣层。

***管粘渣的实质，是精炼过程钢水—耐材—熔渣之间的相互作用，其中既有物理粘附，又有化学粘结等不同的结合方式。引起这些物理和化学作用，有耐材材质、钢水特性和生产工艺等因素。目前针对防止粘渣采用的方法及其优缺点如下：

(1)改进***管材质，提高抗钢包渣侵蚀能力，降低钢包渣对***管的粘着。已有研究表明，渣钢渗入耐材是粘渣的主要原因，因此，通过提高耐材致密性，增强抗热震性，减少使用过程中的开裂，就可降低***管的挂渣能力。如使用超微粉凝聚结合的高铝—尖晶石浇注料等。目前很多生产厂采用的就是这类***管材料，但粘渣现象并未得到很好的解决，说明还需要有其它措施。

(2)采用机械扒除的方法，将粘渣物扒落，清除粘渣。分析表明，粘渣层往往夹杂冷钢，冷钢对粘渣层起了锚固作用，它们的存在会使含有高熔点相的粘渣物更加坚固。因此，机械扒出需要施加较大的外力，容易使***管损坏。这一方法适用于夹杂金属较少的粘渣层，但当RH多用于生产含碳较低的铝脱氧镇静钢时，钢渣分离不好。在熔渣对耐材的相似相溶，造成粘渣的同时，又有一些钢水附着与挂渣层，就形成了牢固的粘渣层，机械扒除就比较困难。

(3)通过高温火矩对粘渣层进行熔蚀清除。此法对于粘渣不多或熔点不高的粘着物的去除是可行的。但是由于粘着物含有许多高熔点物相，火焰清除是很困难的。而且，火焰清理劳动强度大、处理时间长，难以满足连续生产需要。

(4)基于冶金熔渣理论，通过改进钢包渣性质，降低熔渣中高温析出相的熔点，增加渣的流动性，减弱熔渣对***管的粘附，来改善RH***管的粘渣。此法与机械扒渣和火焰熔渣相比，是通过抑制粘渣来实现RH的正常生产，无须增加清理装置，而且不增加RH工位的处理时间，对提高RH的生产能力有较大的作用。

从以上分析可以看出，第(4)种方法最为简单实效，本发明采取对RH钢包渣变性的技术路线来实现防止超低碳钢生产过程中RH***管粘渣的目标。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服转炉工艺生产超低碳钢过程中RH***管粘渣的问题。

本发明的技术方案是提供一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，即：将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为：SiO₂ 5.0～11.0％、CaO 40.0～48.0％、Al₂O₃ 7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO≤20.0％、MnO≤7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等。其中，FeO，MnO是尽可能控制越低越好。

可以采取以下方法之一或其任意组合，来实现钢包渣化学成分达到上述要求：

(1)转炉冶炼终点渣按重量百分比控制为：SiO₂ 6.0～13.0％、CaO 34.0～40.0％、Al₂O₃≤3.0％、MgO 8.0～14.0％、FeO 20.0～30.0％、MnO≤3.0％，其余为Fe₂O₃及微量成分S、P、TiO₂等；为了防止脱氧产物中有大量的高熔点Al₂O₃产生，出钢至RH处理前不加其它任何脱氧剂。

对转炉终点渣成分进行了控制，有利于后部工序对钢包渣成分的调整。

(2)如果MnO含量偏高，为了控制锰的含量，出钢至1/3时按成品要求的Mn元素成分下限值加入锰铁进行合金化。

(3)出钢至2/3时加入一种渣料，提高钢包渣中CaO含量，降低钢包渣中Al₂O₃含量，并使钢包渣中含有一定量的CaF₂。

其中，所述渣料按重量百分比组成为：75％活性石灰、15％刚玉渣、10％萤石；

渣料加入量Z由下式确定：

$\frac{0.38\·A+C\·Z}{A+Z}=0.42$

式中：A—出钢过程吨钢下渣量，kg/t钢；C—渣料按重量百分比含有的CaO％；

Z—渣料加入量，kg/t钢。

RH处理开始3min以内加入碳粉调整钢水氧活度，碳粉加入量由下式确定：

C_a＝0.13×[(3.5-100C₀)+0.01×(O_o-450)]

式中：C_a—吨钢碳粉加入量，kg/t钢；

C₀—RH处理前钢水碳含量，％；

O₀—RH处理前钢水氧活度，PPm。

出钢至RH处理前不加其它任何脱氧剂，RH脱碳处理开始3min以内加入碳粉，进一步降低了钢包渣中的Al₂O₃含量。

本发明的有益效果是，通过将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为：SiO₂5.0～11.0％、CaO 40.0～48.0％、Al₂O₃ 7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO≤20.0％、MnO≤7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等，提高了CaO/Al₂O₃、(CaO/SiO₂)/Al₂O₃比值，RH脱碳过程钢包渣主要由低熔点物质11CaO·7Al₂O₃·CaF₂和非晶态物质，镁橄榄石、铝镁尖晶石等高熔点物质明显减少。有效地抑制了钢包渣中高熔点相的析出，降低了钢包渣的熔点和粘度，增强了钢包渣的流动性，明显减轻了***管粘渣，提高了RH***管不清渣连续处理炉数，降低了工人的劳动强度，本方法简单实效。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步说明本发明，但不应理解为本发明的仅限于以下方法。只要能够达到超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分：SiO₂ 5.0～11.0％、Ca0 40.0～48.0％、Al₂O₃7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO≤20.0％、MnO≤7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等，都属于本发明。

实施例1 本发明转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法

实验条件为：120t顶底复吹转炉，钢种为IF3(成品碳含量按重量百分比为≤50PPm)，实施本实施例前***管已进行了25炉超低碳钢处理。

本实施例控制超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分：SiO₂ 5.0～11.0％、CaO40.0～48.0％、Al₂O₃ 7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO≤20.0％、MnO≤7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等。

具体过程为：

(1)转炉冶炼终点渣按重量百分比控制为：SiO₂ 6.0～13.0％、CaO 34.0～40.0％、Al₂O₃≤3.0％、MgO 8.0～14.0％、FeO 20.0～30.0％、MnO≤3.0％，其余为Fe₂O₃及微量成分S、P、TiO₂等。

(2)出钢至1/3时按成品要求的Mn元素成分下限值加入锰铁进行合金化。

(3)出钢至RH处理前不加其它任何脱氧剂。

(4)出钢至2/3时加入一种渣料，该渣料按重量百分比由75％活性石灰(按重量百分比含有CaO 85.0～95.0％，粒度≤5mm)、15％刚玉渣(按重量百分比含有：CaO 5.0～15.0％、Al₂O₃ 65.0～75.0％，粒度≤1mm)、10％萤石(按重量百分比含有：CaF₂ 85.0～95.0％、SiO₂≤15.0，粒度≤1mm)组成，并混合均匀，渣料加入量Z由下式确定：

$\frac{0.38\·A+C\·Z}{A+Z}=0.42$

式中：A—出钢过程吨钢下渣量，kg/t钢；C—渣料按重量百分比含有的CaO％；Z—渣料加入量，kg/t钢。

(5)用LF炉加热化渣。

(6)RH处理开始3min以内加入碳粉(按重量百分比含有游离C≥98％)调整钢水氧活度，碳粉加入量由下式确定：

C_a＝0.13×[(3.5-100C₀)+0.01×(O_o-450)]

式中：C_a—吨钢碳粉加入量，kg/t钢；

C₀—RH处理前钢水碳含量，％；

O₀—RH处理前钢水氧活度，PPm。

渣料及碳粉的加入量如表1，转炉终点渣及RH处理前钢包渣主要成分见表2。

实验过程表明，钢包渣的流动性良好，前5炉基本上没有粘渣的现象，钢包渣可以顺利地从***管壁流下，只在第6炉处理结束时发现下降管下沿有轻微的粘渣现象。当连续处理12炉后，发现粘结在两***管中间的粘渣物重新熔入熔渣中，***管可继续使用。

表1 渣料及碳粉加入量

 

处理炉次顺序	下渣量(kg/t钢)	渣料加入量(kg/t钢)	碳粉加入量(kg/t钢)
				1	8.4	3.5	0.42
2	6.7	2.8	0.15
				3	7.6	3.2	0.33
4	9.3	4.6	0.55
				5	8.0	3.4	0.46
6	7.2	3.0	0.32
				7	8.5	3.6	0.24
8	8.7	4.0	0.30
				9	6.5	2.5	0
10	7.8	3.2	0.20
				11	8.6	4.0	0.34
12	9.1	5.0	0.61

而同等条件下，120t顶底复吹转炉，钢种为IF3(成品碳含量按重量百分比为≤50PPm)，***管已进行了25炉超低碳钢处理。发明人采用现有技术处理，RH***管不清渣连续处理钢水的炉数≤8炉。表明采用本方法后对减轻RH***管的粘渣起了显著的作用。

表2 转炉终点渣及RH处理前钢包渣主要成分

Claims (7)

1. 【权利要求1】转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于：将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为：SiO₂ 5.0～11.0％、CaO 40.0～48.0％、Al₂O₃ 7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO≤20.0％、MnO≤7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等。
2. 【权利要求2】按权利要求1所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于：采取以下方法控制超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分：

   控制转炉冶炼终点渣的成分，按重量百分比为：SiO₂ 6.0～13.0％、CaO 34.0～40.0％、Al₂O₃≤3.0％、MgO 8.0～14.0％、FeO 20.0～30.0％、MnO≤3.0％，其余为Fe₂O₃及微量成分S、P、TiO₂等。
3. 【权利要求3】根据权利要求2所述的转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于：出钢至RH处理前不加任何脱氧剂。
4. 【权利要求4】按权利要求3所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于还包括：出钢至1/3时按成品要求的Mn元素成分下限值加入锰铁进行合金化。
5. 【权利要求5】按权利要求4所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于还包括：出钢至2/3时加入渣料；

   其中，所述渣料按重量百分比组成为：75％活性石灰、15％刚玉渣、10％萤石；

   渣料加入量Z由下式确定：

   $\frac{0.38\·A+C\·Z}{A+Z}=0.42$

   式中：A—出钢过程吨钢下渣量，kg/t钢；

         C—渣料按重量百分比含有的CaO％；

         Z—渣料加入量，kg/t钢。
6. 【权利要求6】按权利要求5所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于还包括：用LF炉加热化渣。
7. 【权利要求7】按权利要求6所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法，其特征在于还包括：RH处理开始3min以内加入碳粉调整钢水氧活度，碳粉加入量由下式确定：

   C_a＝0.13×[(3.5-100C₀)+0.01×(O_o-450)]

   式中：C_a—吨钢碳粉加入量，kg/t钢；

         C₀—RH处理前钢水碳含量，％；

         O₀—RH处理前钢水氧活度，PPm。