CN102962411B - 铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法。所述方法包括：将铁水中的硫含量控制在0.015wt％以下；对铁水进行初炼以形成钢水，将钢水出钢到钢包中；在出钢20wt％～30wt％的过程中，根据初炼终点时钢水中的氧含量向钢包中加入含铝量不大于2.0wt％的脱氧剂1.5～4.5Kg/吨钢；在出钢80wt％～90wt％的过程中，向钢包中加入1.0～3.5Kg/吨钢的钢包渣改性剂以控制钢包渣中FeO与MnO含量之和不超过10wt％；对钢水进行吹氩精炼；采用连铸工艺进行钢水浇注并获得铸坯。本发明的方法不需要经过LF钢包炉精炼，不需要进行钙处理，就使得钢水可浇性得到有效改善，水口堵塞现象得以缓解，低铝含量中低碳钢连铸过程中的中间包连浇炉数10炉以上，达到了经济生产的目的。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金和连铸技术领域，更具体地讲，涉及一种能够提高中低碳钢连浇炉数的方法。
背景技术
在现有技术中，采用连铸工艺浇注中低碳钢的工艺过程中，由于钢水中的高熔点的氧化铝(Al2O3)系夹杂物以及硅酸钙(CaSiO3)等夹杂物容易粘附在结晶器浸入式水口内壁上，使其发生堵塞，所以造成一个中间包次的连浇炉数较低(例如，小于6炉)，生产成本增加，生产组织受到极大影响。尤其是浇铸断面较小(例如，断面不大于40000mm2)的连铸坯时，由于结晶器浸入式水口内径较小，堵塞更严重。
为了克服上述问题，现有技术中采用钙处理等方式对高熔点的Al2O3系夹杂物进行变性处理，使其转变为低熔点的Al2O3系夹杂物，从而达到改善钢水可浇性的目的。例如在公开号为CN102634638A的中国发明专利中公开了一种棒线材合金钢的钙处理方法，该发明采用“转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→方坯连铸”生产工艺，在LF精炼结束时，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50～250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为(0.08～0.16)，再经软吹后再进行RH处理，RH处理结束后再进行轻钙处理，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50～250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为(0.04～0.08)，然后进行软吹，浇注。该发明的钙处理方法生产高品质钢，夹杂物级别不会恶化，钢水可浇性好，连浇炉数增加，钢水的钙含量较低而不影响浇注性能，同时使夹杂物塑性化，改善钢的力学性能。此专利在改善钢水可浇性方面采取了钙处理工艺，但此方法会造成炼钢成本的增加。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，所述方法能够改善铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢钢水可浇性。更具体地讲，所述方法尤其适合于在采用中小断面(例如，铸坯横断面面积不超过40000mm2)的方坯连铸工艺浇铸酸溶铝百分含量小于0.01％的中低碳钢时，改善钢水可浇性。
本发明提供了一种铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，所述方法包括以下步骤：铁水中的硫含量控制在0.015wt％以下；对铁水进行初炼以形成钢水，将钢水出钢到钢包中；在出钢20wt％～30wt％的过程中，根据初炼终点时钢水中的氧含量向钢包中加入含铝量不大于2.0wt％的脱氧剂1.5～4.5Kg/吨钢；在出钢80wt％～90wt％的过程中，向钢包中加入1.0～3.5Kg/吨钢的钢包渣改性剂以控制钢包渣中FeO与MnO含量之和不超过10wt％，优选控制钢包渣中FeO与MnO含量之和为4～8wt％；对钢水进行吹氩精炼；采用连铸工艺进行钢水浇注并获得铸坯。
根据本发明的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢生产方法的一个实施例，所述对钢水进行吹氩精炼的步骤还可以包括向钢水中喂入不大于1.2Kg/吨钢的铝线，以调节钢水中的氧含量范围为0.002～0.006wt％。
根据本发明的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢生产方法的一个实施例，所述脱氧剂可以为硅钙钡合金，所述硅钙钡合金可以由10wt％～20wt％的钙、60wt％～70wt％的硅、10wt％～20wt％的钡和0～2.0wt％的铝组成。
根据本发明的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢生产方法的一个实施例，所述钢包渣改性剂的成分可含有CaO≥55wt％、Al2O3≤5wt％、MgO：5～12wt％、CaF2≥3wt％，且所述钢包渣改性剂的发气量≥90L/Kg。
根据本发明的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢生产方法的一个实施例，所述对钢水进行吹氩精炼的步骤的吹氩强度可为0.8～1.5NL/(吨钢·分钟)，且吹氩时间可为5～15分钟。
根据本发明的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢生产方法的一个实施例，根据上述方法浇注形成的铸坯的横断面面积不大于40000mm2。当浇铸形成的铸坯的横断面面积不大于40000mm2时，本发明的方法能够将中间包连浇炉数提高至10炉以上。
与现有技术相比，本发明通过采用合适的脱氧工艺及过程控铝模式、钢包渣改性等方法，使得钢水可浇性得到有效改善、连铸水口堵塞现象得以缓解，而且使得低铝含量中低碳钢连铸过程中的中间包连浇炉数10炉以上，达到了经济生产的目的。此外，本发明的方法不经过精炼炉精炼，不需要钙处理就能提高单个中间包连浇炉数至10炉以上。另外，本发明的方法尤其适合于解决铸坯横断面面积不大于40000mm2的连铸工艺过程中的水口堵塞问题。
具体实施方式
以下，将结合示例性实施例来详细说明本发明。需注意的是，在本说明书中，所涉及百分比均指重量百分比，下文中将不再赘述。
根据本发明的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法包括以下步骤：铁水中的硫含量控制在0.015％以下；对铁水进行初炼以形成钢水，将钢水出钢到钢包中；在出钢20％～30％的过程中，根据初炼终点时钢水中的氧含量向钢包中加入含铝量不大于2.0％的脱氧剂1.5～4.5Kg/吨钢；在出钢80％～90％的过程中，向钢包中加入1.0～3.5Kg/吨钢的钢包渣改性剂以控制钢包渣中FeO与MnO含量之和不超过10wt％；对钢水进行吹氩精炼；采用连铸工艺进行钢水浇注并获得铸坯。
其中，在出钢80％～90％的过程中，向钢包中加入1.0～3.5Kg/吨钢的钢包渣改性剂是为了保证加入的钢包渣改性剂熔化良好，以对钢包渣进行有效改性。若钢包渣改性剂加入过早，其与钢水过量反应而失去对钢包渣的改性作用；若加入过晚，钢包渣改性剂熔化不好，起不到对钢包渣的改性作用。钢包渣改性剂的加入量应根据终点钢水的氧化性进行控制，若终点钢水氧化性高，需要加大钢包渣改性剂加入量；终点钢水氧化性低时，减少钢包渣改性剂加入量；具体地控制目标是钢包渣氧化性(FeO与MnO含量之和)不超过10wt％。
在本发明的一个示例性实施例中，所述钢包渣改性剂的成分含有CaO≥55％、Al2O3≤5％、MgO：5～12％、CaF2≥3％，且所述钢包渣改性剂的发气量≥90L/Kg。本发明的钢包渣改性剂在对钢包渣进行改性的同时还应避免过度发泡。具体地，钢包渣改性剂成分可以根据具体的生产条件进行适当调整，本领域技术人员应该理解，对于不同的冶炼条件和技术水平，初炼终点钢水的氧含量控制不同，出钢过程下渣量的控制也不同，所以钢包渣改性剂的成分可以根据具体的生产条件进行适当调整，其基本原则是控制钢包渣氧化性在合理的范围，如果钢包渣氧化性过高，钢水在浇注过程中会继续发生氧化；钢包渣氧化性过低，钢水中铝含量会控制过高而影响钢水的可浇性，因此，需要控制钢包渣氧化性在合理的范围，即保证钢包渣中FeO与MnO含量之和不超过10wt％，优选控制钢包渣中FeO与MnO含量之和为4～8wt％。
在本发明的一个示例性实施例中，所述对钢水进行吹氩精炼的步骤还可以包括向钢水中喂入不大于1.2Kg/吨钢的铝线，以调节钢水中的氧含量范围为0.002～0.006％。若铝的加入量大于1.2Kg/吨钢时，钢水中铝含量过高从而会造成钢水可浇性劣化。在本发明的一个示例中，所述铝线采用0.2～0.25Kg/m的铝实心线。
在本发明的一个示例性实施例中，所述脱氧剂可以为硅钙钡合金，所述硅钙钡合金可以由10％～20％的钙、60％～70％的硅、10％～20％的钡和0～2.0％的铝组成。本发明的脱氧剂不限于此，本领域技术人员应该理解，对于不同钢种的冶炼工艺所要求的初炼终点的氧含量范围也不同，所以脱氧剂的加入量和种类也可以进行相应地选择。例如，本发明的不含铝的脱氧剂或基本不含铝(例如，铝含量按重量百分比计不大于2％)的脱氧剂可以为硅钡合金、硅铁合金等。
在本发明的一个示例性实施例中，所述对钢水进行吹氩精炼的步骤的吹氩强度可以为0.8～1.5NL/(吨钢·分钟)，且吹氩时间为5～15分钟。这里，吹氩量太小，对钢水内夹杂物上浮不利，吹氩量过大，容易导致钢水被氧化。吹氩时间不够，钢水里脱氧产物的去除率较小，吹氩时间太长，容易导致钢水温度损失严重。
在本发明的一个示例性实施例中，本发明的方法浇铸形成的铸坯的横断面面积不大于40000mm2。当浇铸形成的铸坯的横断面面积不大于40000mm2时，本发明的方法能够将中间包连浇炉数提高至10炉以上。
具体来讲，本发明的方法可以采用如下工艺步骤来实施：
(1)铁水预处理
通过铁水预处理等方式将铁水硫含量控制在≤0.015％。
(2)转炉初炼
在转炉中对铁水进行初炼，然后将初炼后的钢水出钢到钢包中。在出钢至20～30％过程中根据转炉终点钢水氧化性向钢包中加入适量的不含铝或者基本不含铝的脱氧剂。这里，除了向钢中加入脱氧剂外，还可以根据钢种对钢液成分的要求和/或为了优化工艺条件而在加入脱氧剂同时加入合金和增碳剂。这里，加入合金和增碳剂的目的是为了将钢液成分调节至钢种要求的范围。然而，本发明不限于此，例如，对本领域技术人员来说，针对不同的钢种，加入合金的量和种类可以不同；此外，也可以在钢包精炼过程中加入钢种成分所需要的合金重量来调节钢液中的合金成分。加入增碳剂能够一定程度地调节钢液成分并一定程度地优化后续工艺过程。所述基本不含铝的脱氧剂优选为硅钙钡合金，所述硅钙钡合金可以由10％～20％的钙，60％～70％的硅，10％～20％的钡和0～2.0％的铝组成。
加完脱氧剂和合金后，在出钢至80％～90％过程中向钢包中加入1.0～3.5Kg/吨钢的钢包渣改性剂。所述钢包渣改性剂的成分可含有CaO≥55％、Al2O3≤5％、MgO：5～12％、CaF2≥3％，且所述钢包渣改性剂的发气量≥90L/Kg。
(3)出钢后吹氩
出完钢后在吹氩站进行吹氩精炼，使脱氧产物得到充分上浮，提高钢水纯净度。钢水吹氩精炼5～10min时定氧，根据定氧数据喂入0～1.2Kg/吨钢的铝线，控制氧含量在0.002～0.006％范围。总的钢水吹氩精炼时间为5～15min。
(4)连铸
连铸时采用众所周知的保护浇铸方式对钢水进行保护，包括钢包下水口套保护管，钢包下水口与保护管间吹氢，中间包内钢水良好覆盖，采用结晶器浸入式水口，使用结晶器保护渣。优选地，还在钢包下水口与保护管之间使用密封垫圈密封。
下面结合示例对本发明的示例性实施例进行进一步说明。
示例1
采用120t转炉冶炼、出钢后吹氩、200×200mm方坯连铸流程生产Q195钢，通常该钢种成品中铝含量[A1]低于0.01％，成品[C]含量为0.07％～0.11％，采用硅钙钡脱氧。
兑入转炉的铁水硫含量为0.011％，转炉冶炼终点[C]含量为0.05％，在出钢至约25％时加入4.1Kg/吨钢的硅钙钡作为脱氧剂对钢水进行脱氧，并加入6.3Kg/吨钢的锰铁和0.8Kg/吨钢的硅铁进行钢水合金化，在出钢至约85％时向钢包中加入3.0Kg/吨钢的钢包渣改性剂。出完钢后进行吹氩精炼，吹氩强度1.3NL/(吨钢·分钟)，吹氩至8min时定氧，氧活度0.0083％，喂铝线0.33Kg/吨钢，继续吹氩至10min时定氧，氧活度0.0051％。总的钢水吹氩精炼时间为13min，吹氩结束后钢水温度为1598℃。通过吹氩精炼，使脱氧产物得到充分上浮，提高钢水纯净度，从而获得脱氧合金化的钢水，其成分为：C：0.09％，Si：0.18％，Mn：0.48％，P：0.011％，S：0.011％，A1：0.004％，余量为Fe和微量杂质。
吹氩处理后钢水送往连铸进行浇钢，连铸采用保护浇注，铸坯横截面尺寸为200×200mm方坯，该钢水可浇性良好，中间包连浇炉数为10炉。
示例2
采用120t转炉冶炼、出钢后吹氩、Φ200mm圆坯连铸的工艺流程生产B钢，通常该钢种成品中铝含量[Al]低于0.01％，成品[C]含量为0.17％～0.22％，采用硅钙钡脱氧。
兑入转炉的铁水硫含量为0.012％，转炉冶炼终点[C]含量为0.06％，在出钢至约30％时加入3.2Kg/吨钢的硅钙钡合金作为脱氧剂对钢水进行脱氧，并加入7.2Kg/吨钢的锰铁、1.1Kg/吨钢的硅铁和1.4Kg/吨钢的增碳剂进行钢水合金化和增碳，在出钢至约80％时向钢包中加入2.2Kg/吨钢的钢包渣改性剂。出完钢后进行吹氩精炼，吹氩强度1.1NL/(吨钢·分钟)，吹氩至5min时定氧，氧活度0.0068％，喂铝线0.16Kg/吨钢，继续吹氩至9min时定氧，氧活度0.0047％。总的钢水吹氩精炼时间为11min，吹氩结束后钢水温度为1583℃。通过吹氩精炼，使脱氧产物得到充分上浮，提高钢水纯净度，从而获得脱氧合金化的钢水，其成分为：C：0.19％，Si：0.24％，Mn：0.56％，P：0.008％，S：0.010％，A1：0.007％，余量为Fe和微量杂质。
吹氩处理完后钢水送往连铸进行浇钢，连铸采用保护浇注，铸坯横截面尺寸为Φ200mm圆坯，该钢水可浇性良好，中间包连浇炉数为12炉。
示例3
采用120t转炉冶炼、出钢后吹氩、200×200mm方坯连铸的工艺流程生产45钢，通常该钢种成品铝含量[Al]低于0.01％，成品[C]含量为0.42％～0.50％，采用硅钙钡脱氧。
兑入转炉的铁水硫含量为0.009％，转炉冶炼终点[C]含量为0.10％，在出钢至约30％时加入2.3Kg/吨钢的硅钙钡作为脱氧剂对钢水进行脱氧，并加入2.8Kg/吨钢的硅铁、7.3Kg/吨钢的锰铁和4.1Kg/吨钢的增碳剂进行钢水合金化和增碳，在出钢约85％时向钢包中加入1.2Kg/吨钢的钢包渣改性剂。出完钢后进行吹氩精炼，吹氩强度1.0NL/(吨钢·分钟)，吹氩至6min时定氧，氧活度0.0038％。总的钢水吹氩精炼时间为10min，吹氩结束后钢水温度为1563℃。通过吹氩精炼，使脱氧产物得到充分上浮，提高钢水纯净度，从而获得脱氧合金化的钢水，其成分为：C：0.45％，Si：0.26％，Mn：0.57％，P：0.013％，S：0.010％，A1：0.005％，余量为Fe和微量杂质。
吹氩处理后钢水送往连铸进行浇钢，连铸采用保护浇注，铸坯横截面尺寸为200×200mm方坯，该钢水可浇性良好，中间包连浇炉数为11炉。
对于浇铸铸坯横断面面积不大于40000mm2的中低碳钢，控制钢水中[A1]含量是关键。钢水中[A1]含量过高，在浇注过程中易产生Al2O3造成水口堵塞；钢水中[A1]含量过低，会导致钢水脱氧不良，影响钢质量。本发明的方法通过在出钢过程中加入钢包渣改性剂对钢包渣进行改质，使钢包渣能够充分吸附脱氧过程中产生的Al2O3夹杂，洁净钢水。同时，通过控制钢水氧含量在0.002～0.006％范围，既确保了钢水脱氧良好，也避免了因钢水中[A1]含量过高而导致的浇注过程中再氧化，从而减少了水口堵塞，实现了经济生产。
综上所述，本发明通过采用合适的脱氧工艺及过程控[A1]模式、钢包渣改性等方法，不需要经过LF钢包炉精炼，不需要进行钙处理，并只需要进行一次吹氩处理就使得钢水可浇性得到有效改善，水口堵塞现象得以缓解，低铝含量中低碳钢连铸过程中的中间包连浇炉数10炉以上，达到了经济生产的目的。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将铁水中的硫含量控制在0.015wt％以下；
对铁水进行初炼以形成钢水，将钢水出钢到钢包中；
在出钢20wt％～30wt％的过程中，根据初炼终点时钢水中的氧含量向钢包中加入含铝量不大于2.0wt％的脱氧剂1.5～4.5Kg/吨钢；
在出钢80wt％～90wt％的过程中，向钢包中加入1.0～3.5Kg/吨钢的钢包渣改性剂以控制钢包渣中FeO与MnO含量之和不超过10wt％；
对钢水进行吹氩精炼；
采用连铸工艺进行钢水浇注并获得铸坯。
2.根据权利要求1所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，在出钢80wt％～90wt％的过程中，向钢包中加入钢包渣改性剂以控制钢包渣中FeO与MnO含量之和为4～8wt％。
3.根据权利要求1所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述钢包渣改性剂的成分含有CaO≥55wt％、Al2O3≤5wt％、MgO：5～12wt％、CaF2≥3wt％，且所述钢包渣改性剂的发气量≥90L/Kg。
4.根据权利要求1所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述对钢水进行吹氩精炼的步骤还包括向钢水中喂入不大于1.2Kg/吨钢的铝线，以调节钢水中的氧含量范围为0.002～0.006wt％。
5.根据权利要求1所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述脱氧剂为硅钙钡合金，所述硅钙钡合金由10wt％～20wt％的钙、60wt％～70wt％的硅、10wt％～20wt％的钡和0～2.0wt％的铝组成。
6.根据权利要求1所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述对钢水进行吹氩精炼的步骤的吹氩强度为0.8～1.5NL/(吨钢·分钟)，且吹氩时间为5～15分钟。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述铸坯的横断面面积不大于40000mm2。
8.根据权利要求7所述的铝重量百分含量小于0.01％的中低碳钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法能够将中间包连浇炉数提高至10炉以上。
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