CN102851447A

CN102851447A - 一种碳钢焊丝用钢的炉外精炼生产方法

Info

Publication number: CN102851447A
Application number: CN2012103356964A
Authority: CN
Inventors: 王立峰; 陈涛; 吕迺冰; 唐国志; 易敏; 佟倩
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: CN102851447B

Abstract

一种碳钢焊丝用钢的炉外精炼生产方法，属于炼钢技术领域。其工艺路线为：使用复吹转炉粗炼的钢水，出钢时进行钢包内脱氧合金化，后钢水吊运至吹氩站，钢水在吹氩站通过钢包底吹氩气调整钢水成分，并控制钢中氧含量等指标，成分、温度、洁净度均处理合适后的钢水吊运至方坯铸机进行浇铸。利用低成本的钢包底吹氩气精炼法替代了原有的LF精炼工艺，通过全程控制实现对钢水的成分调整、脱硫、去夹杂等，稳定生产出质量合格的钢水。优点在于，可代替LF炉外精炼生产工艺生产各种类碳钢焊丝用钢，其钢质化学成分均能满足标准要求，含量稳定；C的质量分数±0.02%，Si、Mn的质量分数为±0.05%，P、S的质量分数均不超过0.020%，氧的质量分数不大于0.0040%；降成本约80元/吨钢。

Description

一种碳钢焊丝用钢的炉外精炼生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别是提供了一种碳钢焊丝用钢的炉外精炼生产方法，应用于各种类碳钢焊丝用钢的生产。

背景技术

近十年来，高速发展起来的气保护电弧焊用实芯焊丝成为一种理想的高效焊接材料，该焊丝可实现全位置的高速度和高熔敷化焊接。

焊丝是由钢材拉拔而成，焊丝质量很大程度上依赖于钢材的质量水平。尤其气保护电弧焊用焊丝，其制做过程中拉拔变形量可达90%以上，最高达到98%，因此对原料钢材的表面质量、钢质洁净度、显微组织及机械性能等影响拉拔性能的指标均要求苛刻。

为保证提供的钢材满足焊丝的制做和使用要求，国内钢厂在生产焊丝用钢，尤其是用于制做气保护电弧焊用焊丝的钢材时，工艺上大多采用精品路线：铁水→转炉→LF精炼→方坯全保护浇铸→钢坯精整→高速线材轧制。现行成熟工艺中广泛应用了LF炉外精炼措施，部分高端品种在LF精炼后还增添了RH或VD真空处理过程，此外视入炉铁水的质量情况有时需进行脱硫预处理。有钢厂尝试使用钢包底吹氩气的炉外精炼方法生产焊丝用钢，但在成分均匀性、钢质洁净度等方面存在问题，导致钢材品质不能满足使用要求。与LF精炼方法比较，钢包底吹氩气的处理方法生产周期短、生产成本低，利于生产的组织安排和生产成本的降低，在保证产品质量的前提下，使用后者更有利于产品竞争力的提高。

首钢总公司在焊丝用钢的生产上有着二十多年的历史，积累了深厚的生产经验，最近在碳素焊条钢、部分埋弧焊丝用钢等品种的生产上已经实现了应用钢包底吹氩气替代LF炉外精炼，建立了成熟稳定的生产工艺，具备开发碳钢用气保护电弧焊用实芯焊丝用钢（以下简称碳钢焊丝用钢）新生产工艺的技术基础。目前，首钢利用钢包底吹氩气精炼法生产的碳钢焊丝用钢，可将产品中各元素的质量百分数波动控制在C±0.02%、Si±0.05%、Mn±0.05%水平，完全满足用户需求，同时吨钢节约成本约80元，实现了低成本、高效率生产各类碳钢焊丝用钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳钢焊丝用钢的炉外精炼生产方法，可用于稳定地工业化生产各种类碳钢焊丝用钢。

本发明的生产工艺为：使用复吹转炉粗炼钢水；出钢时进行钢包内脱氧合金化；钢水吊运至吹氩站，钢包底吹氩气，调整钢水成分，并控制钢水氧含量等指标；成分、温度、洁净度均处理合适后的钢水吊运至方坯铸机进行浇铸。工艺路线中用钢包底吹氩气精炼工艺代替了传统的LF炉外精炼工艺。

钢包底吹氩气精炼不具备加热功能，因此，钢包底吹氩气精炼工艺与LF精炼工艺相比，存在诸多技术控制难点：首先，冶炼过程必须保证合理的钢水温度，如果温度不能得到保证，轻则影响铸坯质量，重则导致生产中断；其次就是在保证冶炼过程温度的前提下，完成对钢水质量的控制，即将原LF精炼工艺中成分微调、脱硫、去夹杂等功能，分解至现工艺路线中各工序来实现。

为了用钢包底吹氩气工艺冶炼出成分稳定的碳钢焊丝用钢，以实现降低成本的目标，冶炼过程具体控制的技术参数如下：

1、转炉原料为预脱硫铁水(铁水中硫元素的质量分数≤0.020%)和废钢，铁水脱硫方式不限，如KR脱硫、铁水包喷镁脱硫等；铁水入炉后，再按铁水与废钢质量比例10:1加入废钢。转炉要求具备复吹功能，转炉终点出钢温度控制1700～1750℃，终点时钢水中各元素的质量百分数：碳≤0.04%、磷≤0.017%、硫≤0.018%，终点氧活度≤0.12%。

2、使用挡渣球或挡渣锥实现转炉的挡渣出钢，下渣渣厚控制≤60mm，出钢过程向钢水加入合成渣2-3Kg/吨钢，控制渣碱度R（R=CaOwt%/SiO₂wt%）范围3.2-3.6。所述的合成渣，其主要组分的质量百分数为CaO%=55-75%、SiO₂%=5-12%、MgO%=5-15%，余量为杂质。

3、脱氧在出钢过程同时进行，采用铝、硅、锰复合脱氧方式，前期加入含铝脱氧剂强脱氧，可用铝铁、铝锰铁或硅铝钡合金，也可将上述合金复合使用，加入量折合纯铝1.8Kg/吨钢；出钢中期加入低碳硅锰合金和低碳硅铁，加入量目标分别为吨钢5-9Kg和3-6Kg。所述的低碳硅锰合金，其Mn%=60-70%、Si%=20-30%、C≤1%，余量为Fe等；所述的低碳硅铁，其Si%=75-80%、C≤0.03%，余量为Fe及杂质。

4、生产过程钢水用钢包均使用洁净红包，所述的洁净红包是指在线周转温度在线周转温度不低于900℃、具备良好底吹氩气条件的钢包。

5、钢水到吹氩工作站，渣面加硅铁粉实现渣面间接脱氧。随后预吹氩3-5分钟，再测温并取样检验成分，若钢水温度≥1620℃，则正常处理，否则吊运至LF升温处理；根据取样检验成分的结果，使用低碳硅铁、中碳锰铁和碳线依次调整钢水的硅、锰和碳含量至钢种各钢种质量要求范围（详见标准要求，如GB/T 3429、GB/T 8110等）。

6、成分调整完毕后，以50L/min的流量从钢包底吹氩气，时间保持8-15分钟，并要求底吹结束时钢水温度不低于1580℃。

7、底吹氩气处理过程不使用硅钙包芯线，处理结束后吊运钢水上铸机。

8、严格控制各工序生产周期，炼钢周期40-50min，底吹氩气精炼周期35-40min，确保钢水能按时上铸机，保证连铸工序的顺行。

经实践证明本发明提供的技术方案能够生产出质量满足要求的碳钢焊丝用钢，其钢质洁净度等指标均与传统工艺下的产品水平相当，主要化学成分均能满足相关标准要求，且含量稳定，如C元素的质量分数波动范围±0.02%，Si、Mn元素的质量分数波动范围均为±0.05%，P、S元素的质量分数均不超过0.020%，盘条氧元素的质量分数不大于0.0040%。此外与传统生产工艺相比，成本可降约80元/吨钢。

本发明所述工艺生产各种类碳钢焊丝用钢，其优点在于：

1、本发明中使用的复吹转炉有利于炉内钢水成分、温度的均匀化，为生产全程温度控制的精准性提供了基础条件；复吹转炉内碳氧反应也更加充分，有利于控制终点钢水的过氧化，为有效减少脱氧剂用量及控制脱氧带来的夹杂物问题提供了良好的基础。

2、出钢时控制下渣量以及增大合成渣的用量，有利于钢水磷、硫含量的控制。

3、转炉钢水的脱氧采用铝、硅、锰复合脱氧方式，既保证了合金合理的收得率，也减少了铝脱氧带来的Al₂O₃非金属夹杂物，有利于钢质洁净度的控制，降低因Al₂O₃导致的水口堵塞风险，可提高浇铸过钢量，有利于生产效率的提高和生产成本的降低。

4、合金化中使用硅锰合金，同时调配钢水的硅、锰含量，相比单独使用硅铁和锰铁，可减少合金总重近20%，相应减少了熔化合金所需的热能，有利于钢水温度的控制。

5、洁净红包的使用有利于减少生产过程钢水温度的过多降低。

6、本发明中钢包底吹氩气的精炼方法，与传统的LF精炼工艺相比较，充分利用了转炉碳氧反应产生的热能，节省了LF的电加热过程，减少了能源消耗，降低了生产成本，节约了资源。

7、充分发挥炉外精炼过程的底吹氩气功能，延长底吹时间，加强钢水的搅拌，有利于钢水成分、温度均匀化，也有利于促进钢水洁净度水平的提高。

具体实施方式

本发明可在具备复吹转炉、钢包底吹氩气工序和全保护浇铸条件的钢厂中实施。下表1至表4列出了首钢总公司采用本发明生产碳钢焊丝用钢ER50-6时生产工艺的关键参数实例和实物质量水平。

表1复吹转炉工艺关键参数

表2精炼工艺关键参数

表3成品成分控制水平

表4钢质洁净度水平-非金属夹杂物

表5钢质洁净度水平气体含量

炉次	0，wt％	N，wt％
			1736	0.0026	0.0055
2094	0.0020	0.0053
			2669	0.0022	0.0054

经生产实践验证，使用本专利提供的方法可顺利生产碳钢焊丝用钢，化学成分、钢质洁净度水平等指标均能满足使用要求。

Claims

1.一种碳钢焊丝用钢的炉外精炼生产方法，工艺路线为：使用复吹转炉粗炼钢水；出钢时进行钢包内脱氧合金化；钢水吊运至吹氩站，钢包底吹氩气，调整钢水成分，并控制钢水氧含量等指标；成分、温度、洁净度均处理合适后的钢水吊运至方坯铸机进行浇铸；工艺路线中用钢包底吹氩气精炼工艺代替了传统的LF炉外精炼工艺，其特征在于，工艺中控制的技术参数如下：

1）转炉原料为预脱硫铁水和废钢，铁水入炉后，再按铁水废钢的质量比例10:1加入废钢；铁水中硫元素的质量分数≤0.020%；

2）转炉具备复吹功能，终点出钢温度控制1700～1750℃，终点钢水中各主要元素的质量百分数应满足：碳≤0.04%、磷≤0.017%、硫≤0.018%，终点氧活度≤0.12%；

3）出钢过程向钢水加入合成渣2-3Kg/吨钢，控制渣碱度R范围3.2-3.6；R=CaOwt%/SiO₂wt%；

4）在出钢过程采用铝、硅、锰复合脱氧方式；

5）钢水到吹氩工作站，渣面加硅铁粉实现渣面间接脱氧；随后吹氩3-5分钟，测温并取样检验成分，当钢水温度≥1620℃，则正常处理，否则，吊运至LF升温处理；根据取样检验成分的结果，使用低碳硅铁、中碳锰铁和碳线依次调整钢水的硅、锰和碳含量至钢种质量要求范围；

6）成分调整完毕后，以50L/min的流量从钢包底吹氩气，时间保持8-15分钟，并要求底吹结束时钢水温度不低于1580℃；处理结束后吊运钢水上铸机；

7）控制各工序生产周期，炼钢周期40-50min，底吹氩气精炼周期35-40min，确保钢水能按时上铸机，保证连铸工序的顺行。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合成渣，其组分的质量百分含量为CaO%=55-75%、SiO₂%=5-12%、MgO%=5-15%，余量为杂质。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的复合脱氧方式为前期加入含铝脱氧剂强脱氧，用铝铁、铝锰铁或硅铝钡合金，或者将上述合金复合使用，加入量折合纯铝1.8Kg/吨钢；出钢中期加入低碳硅锰合金和低碳硅铁。