CN103305655A - 通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是在通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的脱碳过程期间,通过向脱气室添加发热剂而充分提高脱气室中的钢水的温度,同时将氧气导入到脱气室中,使得可以在不造成脱碳不良和/或钢水纯度降低的情况下,有利地缩短真空脱气处理时间。具体地,本发明提供了一种用于通过使用真空脱气***来制造超低碳钢的方法,包括通过将钢水脱碳所需量的氧添加到真空脱气室中来进行钢水的脱碳过程,其特征在于,该脱碳过程还包括:添加燃烧用于加热钢水而待添加的发热剂所需量的氧;在所述进一步添加氧期间或者在所述进一步添加氧之后,添加发热剂以加热钢水;以及继续钢水的脱碳。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法。具体地,本发明涉及一种用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,其中,通过在真空脱气处理的脱碳过程期间加热钢水,成功地缩短了真空脱气处理时间。
背景技术
近几年,具有降低的钢中碳浓度[C]的超低碳钢的生产快速增长,以满足对于钢板在深冲压等中的更好成形性的需求。借助于熔炼技术生产如上所述的这种超低碳钢是通过从转炉收集尚未脱氧的钢水并借助真空脱气来对钢水进行真空处理以实现钢水的脱碳反应而实现。就这点而言,对于质量控制,当真空脱气完成时,必须确保钢水的足够高的纯度和足够高的温度。
如上所述,脱气处理完成时,需要钢水具有足够高的温度。然而,对于令人满意的运转维护,还存在对转炉的耐火材料进行良好保护的需求。因此,通过一些方法在脱气处理期间加热钢水是有利的,使得从转炉收集钢水时,钢水的温度保持得足够低以安全地避免对转炉的耐火材料的任何损害。就这点而言,通过延长脱气处理时间来加热钢水不是有利的选择,因为这种处理时间的延长导致了生产率的降低。
用于在真空脱气过程期间加热钢水的常规方法的例子包括:一种用于通过浸入钢水中的氧气导入管将氧气导入到真空脱气室中的钢水中并将发热剂添加到钢水以加热钢水的方法(例如JP-A53-081416和JP-A 53-081417);以及一种用于在脱碳过程期间将氧供给量抑制到0.3Nm3/t以下并通过在钢水的脱氧处理期间燃烧铝来提高钢水温度而补偿在脱碳过程完成时所得的相对低的钢水温度的方法(JP-A 03-193815)。
然而,在通过浸入钢水中的氧气导入管将氧气导入到钢水中的情况下,钢水中的游离氧势增加,由此炉渣中的氧势增加,因此,在脱气处理之后的铸造过程期间,炉渣促进了钢水的再氧化,以致不利地降低了钢水的纯度。此外,在将氧气导入到钢水中的同时向钢水添加发热剂可能会暂时耗尽脱碳所需的游离氧,并且可能造成脱碳不良、延长用于脱碳的处理时间等。
此外,在钢水的脱碳反应之后的钢水的脱氧处理期间将氧导入到钢水或脱气室中以燃烧铝的情况下,需要维持一定的钢脱氧处理时间以去除由添加发热剂而产生的例如Al2O3的夹杂物,从而保持足够高的纯度,由此出现的问题是,总的处理时间被用于加热钢水的Al燃烧所需的时间延长,并因此降低了生产率。
可替代地,用于在真空脱气过程期间加热钢水的常规方法的例子包括通过借助于顶部吹氧的CO气体的二次燃烧来加热钢水,其中CO气体是由于脱碳反应而产生的。然而,在这种情况下,存在的问题是,在脱碳过程的后期,当钢水中的[C]浓度降低并且产生的CO减少时,钢水无法被充分及有效地加热。
发明内容
本发明要解决的问题
本发明旨在有利地解决前述问题并且本发明的目的是通过在脱碳过程期间添加发热剂并将氧气导入到真空脱气室中来充分加热真空脱气室中的钢水,在不造成脱碳不良以及钢水纯度降低的情况下,成功且有利地缩短真空脱气处理时间。
解决问题的方法
具体地,本发明的主要特征如下。(1)一种用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,包括通过使用从真空脱气室的顶部***到真空脱气室中的顶吹氧枪将钢水脱碳所需量的氧添加到真空脱气室中来进行钢水的脱碳过程,其特征在于,脱碳过程还包括:添加燃烧用于加热钢水而待添加的发热剂所需量的氧;在所述进一步添加氧期间或者在所述进一步添加氧之后,添加发热剂以加热钢水;以及继续对钢水进行脱碳。
(2)根据上面的(1)所述的通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,还包括进行钢水的脱碳过程,直至溶解在钢水中的氧含量降低至50ppm以下。
(3)根据上面的(1)或(2)所述的通过使用了真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,还包括当钢水中的碳浓度[C]降低至300ppm以下时,添加发热剂。
(4)根据上面的(1)至(3)中任一个所述的通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,其中,发热剂包括金属Al和/或金属Si,并且在钢水的脱碳期间,发热剂以每吨钢水按金属Al和/或金属Si换算值计为至少0.1Kg添加到钢水中。
(5)根据上面的(4)所述的通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,其中,发热剂包括金属Al和/或金属Si,使得金属Al和/或金属Si的合计含量为按质量计至少30%。
本发明的效果
根据本发明,当通过使用真空脱气***以熔炼技术来生产超低碳钢时,通过在钢水脱碳期间充分提高钢水的温度,在不造成脱碳不良以及钢水纯度降低的情况下,可以大幅缩短真空脱气处理时间。
此外,根据本发明,当从转炉收集钢水时,钢水的温度可以相对较低,因为可以在此后的脱碳期间将钢水的温度提高到适当的水平。
附图说明
图1是示出添加发热剂的时机(timing)(以添加发热剂时钢水中的碳浓度[C]表示)与脱碳速率常数KC之间的关系的曲线图。
图2A是示出关于在常规方法中添加发热剂的时机如何影响真空脱气处理时间的研究结果的图表。
图2B是示出关于在本发明的方法中添加发热剂的时机如何影响真空脱气处理时间的研究结果的图表。
图3是示出根据本发明的由RH脱气***实施的脱碳过程状况的示意性截面视图。
图4是,以对比的方式示出常规方法中的RH处理时间以及本发明的方法中的RH处理时间的曲线图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图对本发明进行详细地描述。
真空脱气处理中的脱碳反应通常由该反应的第一阶段和第二阶段构成,在第一阶段期间,钢水的循环速率(即对钢水的氧供给)是决定反应速率的首要因素;在第二阶段期间,碳供给或钢水中的[C]浓度是决定反应速率的首要因素。在如下情况下:由于在脱碳反应的第一阶段溶解在钢水中的足够高的氧含量或由于在脱碳反应的第一阶段充分供给的氧气,因而脱碳平稳地进行;然后,当钢水的脱碳基本完成时向钢水添加例如铝的发热剂,则钢水能够通过燃烧Al(或类似物)而被理想地加热。
然而,如上所述的在脱碳反应的第一阶段增大钢水中的氧势意味着可能增大炉渣中的氧势,这会由于钢水被炉渣再氧化而导致钢水纯度的降低。为解决这个问题,如果在脱碳的第一阶段将氧供给到钢水的同时将发热剂添加到钢水,而且发热剂的量与供给到钢水的氧相当,则钢水中的氧会被发热剂局部地耗尽,而可能在脱碳的第一阶段——在脱碳的第一阶段期间对钢水的氧供给是决定反应速率的首要因素——导致脱碳不良,尽管防止了钢水中氧势的增大。
就这点而言,假定如上所述的钢水中的氧的这种局部耗尽以及所引起的脱碳不良能够通过在脱碳的中期或后期添加发热剂来避免——在脱碳的中期或后期期间,脱碳反应依赖于溶解在钢水中的氧含量的程度较低并且相对较低的氧含量不会显著影响脱碳反应。
鉴于前述分析,本发明的发明人敏锐地研究了添加发热剂以加热钢水的时机并发现,在脱碳期间添加发热剂的情况下,通过在脱碳期间的适当的时期实施加热,可以有效地加热钢水并从而缩短整个处理时间,而不会造成氧的局部耗尽以及脱碳不良。
具体地,本发明的发明人发现,在脱碳期间添加发热剂以及燃烧发热剂所需的额外量的氧气的情况下,通过在钢中的碳浓度[C]降低至按质量计300ppm以下时的脱碳阶段添加发热剂以及额外量的氧气,可以有效地加热钢水并因此整体上缩短处理时间,而不会造成氧的局部耗尽以及脱碳不良。
图1根据添加发热剂的时机(以添加发热剂时钢水中的碳浓度[C]表示)与脱碳速率常数KC之间的关系示出了关于在脱碳过程期间发热剂的添加如何影响脱碳能力的研究结果。
由图1可知,如果在钢水中的碳浓度[C]降低至按质量计300ppm以下的脱碳阶段向钢水添加发热剂,则通过发热剂的添加,脱碳速率常数KC没有减小,即脱碳能力没有变弱。
就这点而言,在添加发热剂时所检测到的钢水中的碳浓度[C]低于1.3×目标碳浓度[C]的情况下,发热剂的添加会延长处理时间。因此,优选在钢水中的碳浓度[C]等于或大于1.3×目标碳浓度[C]的脱碳阶段添加发热剂。
在本发明中,“脱碳过程的完成”是指溶解在钢水中的氧浓度自真空脱气处理(例如RH法或双管循环真空脱气法(Ruhrstahl-Heraeus))开始第一次降低至按质量计50ppm以下的时刻。
按发生时间的顺序,本发明的真空脱气过程分为作为第一阶段的脱碳过程以及作为第二阶段的脱氧过程。
图2A和图2B以对比的方式分别示出了关于添加发热剂的时机如何影响真空脱气处理时间的研究结果。图2A表示了一种用于在脱碳完成之后添加脱氧剂(例如铝)并随后在特定时期期间添加发热剂并吹氧以进行热补偿的方法(即常规方法)。图2B表示了根据本发明的用于在脱碳过程期间添加发热剂以及燃烧该发热剂的额外的氧的方法(即本发明的方法)。
如图2A所示,常规方法包括在脱碳完成之后添加脱氧剂(例如铝)并随后在特定时期间期添加发热剂并吹氧来增加钢水的温度以进行热补偿,因而不可避免地具有相对较长的脱氧处理时间以及从而相对较长的真空脱气处理时间。具体地,如图2A所示,由于用于等待由钢水的加热产生的氧化铝(Al2O3)漂浮以及通过分离去除该氧化铝的(2)“加热钢水后所需的保持时间”是必需的,因此,在不添加发热剂的情况下应该与(3)“用于脱氧处理所需的保持时间”相等的(1)“脱氧处理时间”,实际上比在脱碳完成之后添加发热剂的常规方法中的(3)“用于脱氧处理所需的保留时间”更长。也就是说,在常规方法中,(4)“RH处理时间”或真空脱气处理时间因此被延长了。
与此相反,根据如图2B中所示的本发明的方法,在脱碳过程期间添加发热剂以及用于燃烧该发热剂的额外的氧以加热钢水,由此,(1)“脱氧处理时间”安全地避免了被(2)“加热钢水后所需的保持时间”延长并与(3)“用于脱氧处理所需的保持时间”一致。因此,与常规方法相比,(4)“RH处理时间”能够被大幅缩短。
在本发明中,有利且优选的是,发热剂包括金属Al和/或金属Si并且发热剂以每吨钢水以金属Al和/或金属Si换算值计至少0.1Kg的方式添加到钢水中。此外,有利且适合的是,发热剂包括金属Al和/或金属Si,使得金属Al和/或金属Si的合计含量为按质量计至少30%并且优选地为按质量计至少70%。
示例
在下文中,将通过实施例对本发明进行更详细地描述。
本发明所针对的钢的类型是具有目标[C]浓度≤按质量计25ppm的超低碳钢。
在转炉中吹炼而具有碳含量[C]:按质量计300ppm至按质量计400ppm以及氧含量[O]:按质量计500ppm至按质量计700ppm的钢水(320t)被收集在如图3所示的钢包4中,并且钢包4中的钢水2经历RH真空脱气过程。具体地,钢包4中的钢水2通过吸管(dip tube)12被吸入到脱气室14中以进行脱气处理,吸管12用于通过从再循环气体入口8吹入到该吸管中的再循环气体10而将钢水吹起。附图标记6指漂浮在钢包4中的钢水2上的炉渣。
在本发明中,在脱气处理的脱碳过程中,氧气通过从脱气室14的顶部***到脱气室14中而悬置于脱气室14中的顶吹氧枪16进行顶吹。具体地,除了钢水2脱碳所需量的氧之外,燃烧待添加的发热剂所需的额外量的氧也被导入到脱气室14中。此外,作为发热剂的铝颗粒通过加料斜槽20添加到脱气室14中的钢水2,使得作为发热剂的铝的量与用于燃烧该发热剂的额外的氧的量相当。也就是说,在继续对钢水进行脱碳的同时,钢水通过燃烧添加到其中的Al而被加热。因此,能够在不造成脱碳不良和/钢水纯度降低的情况下,缩短整个脱气处理时间。
在本实施例中,在钢水中的碳浓度[C]处于按质量计50ppm至按质量计200ppm的范围中的阶段,每一吨的钢水添加0.2Kg的作为发热剂的铝颗粒。
图4以对比的方式示出了根据常规方法的真空脱气处理的20批炉料中计算出的20次处理时间的平均值,即图2A中的(4)“RH处理时间”的平均值;以及根据本发明的方法的真空脱气处理的20批炉料中计算出的20次处理时间的平均值,即图2B中的(4)“RH处理时间”的平均值。
如图4所示,根据本发明的方法的处理时间被成功地缩短为根据常规方法的处理时间(在图4中,根据常规方法的处理时间表示为“1”)的时长的0.85倍。
工业实用性
根据本发明,通过在使用真空脱气***以熔炼技术制造超低碳钢的脱碳过程期间有效地增加钢水的温度,在不造成脱碳不良和/或钢水纯度降低的情况下,可以大幅缩短处理时间。此外,由于能够在后期对钢水进行有效地加热,因此从转炉收集钢水时的钢水的温度可以设定为相对较低。
Claims (5)
1.一种用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,包括通过使用从真空脱气室的顶部***到所述真空脱气室中的顶吹氧枪将钢水脱碳所需量的氧添加到所述真空脱气室中来进行钢水的脱碳过程,其特征在于,所述脱碳过程还包括:
添加燃烧用于加热所述钢水而待添加的发热剂所需量的氧;
在所述进一步添加氧期间或者在所述进一步添加氧之后,添加所述发热剂以加热所述钢水;以及
继续所述钢水的所述脱碳。
2.根据权利要求1所述的用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,还包括进行钢水的所述脱碳过程,直至溶解在所述钢水中的氧含量降低至50ppm以下。
3.根据权利要求1或2所述的用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,还包括当所述钢水中的碳浓度[C]降低至300ppm以下时,添加所述发热剂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,其中,所述发热剂包括金属Al和/或金属Si,并且在所述钢水的所述脱碳期间,所述发热剂以每吨所述钢水按金属Al和/或金属Si换算值计为至少0.1Kg的方式添加到所述钢水中。
5.根据权利要求4所述的用于通过使用真空脱气***以熔炼技术来制造超低碳钢的方法,其中,所述发热剂包括金属Al和/或金属Si,使得所述金属Al和/或金属Si的合计含量为按质量计至少30%。
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