CN103911487B

CN103911487B - 一种冶炼超低碳钢的方法和连铸超低碳钢的方法

Info

Publication number: CN103911487B
Application number: CN201210591651.3A
Authority: CN
Inventors: 雷辉; 李利刚; 李盛; 彭琦; 聂绍刚; 黄登华
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103911487A

Abstract

本发明提供一种冶炼超低碳钢的方法以及连铸超低碳钢的方法，该方法包括：（1）使用转炉将硫含量小于0.015重量%的铁水或半钢进行初炼，然后将初炼得到的钢水出钢到钢包中；在出钢过程中加入碱度为4-5，SiO₂含量≤20重量%的渣料；使得钢包渣中的FeO和MnO的总含量≤15重量%；所述转炉出钢温度为1600-1700℃，吹炼终点碳含量为0.04-0.06重量%，氧活度为0.03-0.07重量%；（2）将步骤（1）得到的钢水在真空条件下在RH真空装置中循环依次进行脱碳和脱氧合金化，脱碳的条件使得钢水中的碳含量在30ppm以下。通过本发明能够提高超低碳钢的钢水质量，保证稳定地、批量地生产C含量在30ppm以下，最深的脱碳达到小于6ppm的IF钢。

Description

一种冶炼超低碳钢的方法和连铸超低碳钢的方法

技术领域

本发明涉及一种冶炼超低碳钢的方法和一种连铸超低碳钢的方法。

背景技术

采用BOF吹炼+RH真空循环脱气等先进的冶炼技术，降低钢中的碳含量（0.005-0.010重量%），加入钛、铌元素固定碳、氧元素，从而得到了无间隙原子的纯净的铁素体钢，即为无间隙原子钢，简称IF钢（InterstitialFreeSteel）。近年来，由于对钢质量的要求日益提高，对钢中的碳含量提出了更高的要求。世界上一些先进的钢厂要求IF钢中的C含量为0.002重量%。下表1为典型的IF钢。

表1

序号	C(重量%)	Si(重量%)	Mn(重量%)	P(重量%)
					1	0.0008	0.017	0.256	0.062
2	0.0014	0.010	0.231	0.077
					3	0.0009	0.010	0.219	0.074

从表1中可以看出，IF钢对碳含量有严格的要求，一般都控制在0.002重量%以下，但是如果要使成品的碳含量更低，如使碳含量小于或等于30ppm，IF钢的综合合格率会较低，这会制约超低碳钢的生产及品种的开发，也不利于稳定、批量地生产超低碳钢。

发明内容

本发明的目的在于克服采用现有技术的冶炼超低碳钢的方法得到的超低碳钢的成品合格率较低的缺陷，提供一种能够稳定、批量地生产碳含量小于或等于30ppm的超低碳钢的方法，且得到的超低碳钢的成品[C]合格率高。

本发明提供了一种冶炼超低碳钢的方法，其中，该方法包括：

（1）使用转炉将硫含量小于0.015重量%的铁水或半钢进行初炼，然后将初炼得到的钢水出钢到钢包中；

在出钢过程中加入碱度为4-5，SiO₂含量≤20重量%的渣料；使得钢包渣中的FeO和MnO的总含量≤15重量%；

所述转炉出钢温度为1600-1700℃，吹炼终点碳含量为0.04-0.06重量%，氧活度为0.03-0.07重量%；

（2）将步骤（1）得到的钢水在真空条件下在RH真空装置中循环依次进行脱碳和脱氧合金化，脱碳的条件使得钢水中的碳含量在30ppm以下。

本发明还提供了一种连铸超低碳钢的方法，该方法包括将冶炼得到的钢水注入中间包并将钢水从中间包浇注到结晶器中以被连续拉动和冷却，其中，所述冶炼得到的钢水为通过本发明所述的冶炼超低碳钢的方法得到的钢水。

本发明提供的方法主要是通过在IF钢冶炼的整个流程中[C]、[O]变化及RH真空处理的脱碳过程中钢水碳含量及氧含量变化趋势进行了分析，取消了出钢过程中的预脱氧合金化后，提高钢水吹炼终点C含量；并通过RH处理过程中的脱碳工艺，优选情况下优选自然脱碳工艺，以及优化选择性进行的强制脱碳工艺，从而满足钢水C含量的要求。从而实现提高超低碳钢的钢水质量，保证稳定地、批量地生产C含量在30ppm以下，最深的脱碳达到6ppm的IF钢，从而解决了超低碳钢的成品[C]合格率较低的问题，同时脱碳结束[O]≤250ppm，减少脱氧剂铝消耗，提高钢水洁净度，提高钢水可浇性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，下述所述的钢水的量均指的是以初炼得到的钢水为基准。

本说明书中所用的术语“顶底复合吹炼”指在通过氧枪向转炉中顶吹氧气的条件下，并向转炉中底吹保护气体的条件下进行炼钢。

本发明中ppm是以重量计的ppm。

按照本发明，步骤（1）中，可以通过转炉顶底复合吹炼降低出钢钢水的含氧量，所述顶底复合吹炼可以强化熔池搅拌，促进钢-渣界面反应，反应更接近于平衡状态，所以显著地降低了钢水和熔渣中的过剩氧含量。转炉顶底复合吹炼是本领域公知的转炉炼钢方法，因此，本发明在此不做详细说明。转炉出钢终点碳含量、温度协调是保证RH生产超低碳钢的有利条件，为了提高在真空条件下吹氧强化脱碳能力，可提高转炉出钢碳浓度，并降低出钢温度，以使得出钢碳含量和温度的协调。因此，只要保证使所述转炉出钢钢水温度为1600-1700℃，优选为1620-1640℃，吹炼终点碳含量为0.04-0.06重量%，氧活度为0.03-0.07重量%即可。

优选地，所述转炉顶底复合吹炼为顶吹氧气、底吹保护气体，顶吹氧气15000-35000标准立方米/小时，吹氧时间可以根据实际需要调节，通常为8-15分钟；底吹保护气体的强度为0.01-0.1Nm³/吨钢水·min。例如，可以在吹炼前期底吹不活泼气体（例如氮气），在吹炼后期切换为底吹惰性气体（例如氩气）。另外，所述转炉顶底复合吹炼还包括出钢后底吹6-10min氩气，强度为0.1-3Nm³/吨钢水·min，以强化出钢前的终点前搅拌，从而进一步降低出钢钢水的含氧量。所述保护气体为惰性气体和/或氮气，其中所述惰性气体优选为氩气。

为了减少钢包中的高氧化性钢渣与钢水中的铝反应产生Al₂O₃，步骤（1）中，优选在出钢过程中进行挡渣，即，通过挡渣技术除去大部分高氧化性钢渣，同时，按照本发明，在步骤（1）中，加入碱度为4-5，SiO₂含量≤20重量%的渣料进行钢包渣改质；使得钢包渣的FeO和MnO的总含量≤15重量%（出钢后挡渣后的渣中FeO和MnO的总含量降低），目的是控制钢包渣的氧化性，即钢包渣的FeO和MnO的总含量，减少渣中氧向钢液中传递。优选情况下，所述渣料的加入量为0.09-5千克/吨钢水。

按照本发明，所述活度氧含量指钢液中自由氧浓度。所述活度氧含量的测定方法为本领域技术人员所公知，例如：采用定氧仪进行测定。所述钢包渣中FeO的测定方法以及钢包渣中MnO的测定方法为本领域技术人员所公知：例如，可以采用重铬酸钾滴定法（化学测定法）来测定钢包渣中FeO的含量；可以采用红外光谱测定法（测定仪器采用X射线光谱仪）即荧光法（物理测定法）来测定钢包渣中MnO的含量。

按照本发明，其中，只要保证所述渣料的碱度为4-5，SiO₂含量≤20重量%即可，所述渣料的其他组成为本领域技术人员所公知。例如，所述渣料的理化指标如下表所示。

按照本发明，发明人通过研究发现，在出钢过程中不进行预脱氧合金化的好处是提高合金收得率，降低成本，由于前期氧活度较高，合金氧化烧损较大，导致合金收得率偏低。

按照本发明，在步骤（2）中，将步骤（1）得到的钢水在真空条件下在RH真空装置中循环依次进行脱碳和脱氧合金化。

本发明的发明人发现，初始碳含量越高脱碳量越大。但是，在一定温度下，根据Vachef-Hamiltoh，钢液在真空脱碳前碳氧浓度积为一常数，在1600℃时为2.5x10^-3，假定在真空脱碳时钢液中的氧全部用来脱碳，根据碳氧化反应方程，则1600℃时最大脱碳量为：

Δ[C]=0.75[O]。＝1.875×10^-3/[C]。

由上式可见，只有当钢液初始碳含量较高时才能大幅度降低碳含量。理论计算表明，当初始w(C）<4.33x10^-6时就能脱除钢中所有碳，但由于温度和脱碳速度的限制，实际上并不能将所有碳脱除。由上式还可看出，如果初始碳含量较高（大于0.06重量%），为了提高脱碳量，可以通过向钢中供氧来实现，即强制脱碳处理工艺。因此，按照本发明，所述脱碳的方法包括自然脱碳以及选择性进行的强制脱碳。

按照本发明，所述自然脱碳的条件包括：压力、氩气吹入强度和脱碳时间。当驱动气体流量过，将会产生剧烈喷溅，严重时会造成合金溜槽、烘烤孔堵塞等后果。在自然脱碳期间，钢液中有大量的CO气泡生成，加重了喷溅发生程度，因此，在自然脱碳时，氩气吹入强度优选为每吨钢水6-15升/分钟，更优选，氩气吹入强度为每吨钢水10-15升/分钟。

在自然脱碳过程中，真空度的控制原则是既要保证有一定的脱碳速度，又要保证喷溅物不堵塞合金溜槽和烘烤孔，本发明的发明人发现，在自然脱碳时使RH真空装置中的压力为0-1000帕，优选为压力为0-200帕，可以有效减少喷溅发生，并利于脱碳。

自然脱碳的时间只要保证脱碳后钢水中的碳含量在30ppm以下即可，例如，所述自然脱碳的时间可以为15-25分钟，优选为15-20分钟。如果由于处理时间不足等原因导致碳含量不能满足要求，以及为了进一步提高钢水的质量，优选则需要进一步强制脱碳。

按照本发明，所述强制脱碳包括向钢水中吹入氧气，根据碳、氧平衡及耐材增碳综合确定吹氧气的量，使碳含量优选降低到25ppm以下，更优选可以使碳含量降低到15ppm以下。

其中，所述强制脱碳的条件包括压力、氩气吹入强度、吹氧量以及脱碳时间。在常规RH处理脱碳后期，碳氧反应不太激烈，喷溅相对较弱，在这般时间深脱碳是RH处理的主要任务，应当尽可能提高真空度。一般来说，在强制脱碳时使RH真空装置中的压力为0-10000帕，优选，压力为1000-10000帕。氧气的吹入量为800-1600标准立方米/小时，优选为1200-1400标准立方米/小时。氩气吹入强度为每吨钢水6-20升/分钟，优选为每吨钢水6-10升/分钟。所述强制脱碳的时间只要保证脱碳后钢水中的碳含量要求即可，而且，强制脱碳的时间可以根据吹氧气的量决定，通常可以为3-15分钟，优选为3-10分钟。

步骤（2）中，所述脱氧合金化的方法包括向脱碳后的钢水中加入铝粒脱氧剂和钛铁合金，铝粒脱氧剂的加入量使得钢水的[Als]（酸溶铝）为0.04-0.06重量%，氧活度≤20ppm（重量含量）；钛铁合金的加入量使钛组分的量达到钢种要求的中限。并且可以根据需要加入其他合金，例如铌铁、锰铁等。其中，酸溶铝的测定方法为本领域技术人员所公知，例如，可以采用光谱分析仪进行测定。其中，所述“中限”指以钢种所要求的各成分含量的“中限”为基准上下波动0.03重量%的范围。其中，铝粒脱氧剂的加入量通常为0.5-5千克/吨钢水，优选为1-3千克/吨钢水。

按照本发明，所述脱氧合金化的过程是在RH真空装置中进行的，而且，在合金化后，喷溅减弱，因此将驱动气体流量值适当提高可以有利于充分搅拌，均匀成分及夹杂物上浮。优选情况下，氩气吹入强度为每吨钢水6-20升/分钟，压力为0-1000帕。

优选情况下，为了避免钢包运输距离较远而导致的钢水温度降低，该方法还包括将步骤（1）得到的钢水进入RH真空装置中循环之前，将钢水进行调温处理，以使得所述钢水的温度为1620-1640℃。

按照本发明，所述连铸的方法可以按照本领域常规的方法进行，例如，将钢水注入中间包并将钢水从中间包浇注到结晶器中，通过结晶器冷却，使钢水表面凝成硬壳，将该具有硬壳的钢水从结晶器的出口连续拉出，得到连铸坯。

按照本发明，该方法还包括将钢水注入中间包之前或者同时加入中间包覆盖剂，所述向中间包的钢水液面加入的中间包覆盖剂可以为各种能够起到防止钢水液面氧化的中间包覆盖剂。优选情况下，所述中间包覆盖剂的碱度（所述碱度指覆盖剂中CaO与SiO₂的重量比）大于5，优选为6-8；SiO₂含量≤8重量%。优选情况下，所述中间包覆盖剂可以含有CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃和CaF₂，以该中间包覆盖剂的总重量为基准，所述CaO的含量为40-50重量%，所述SiO₂的含量为2-8重量%，所述Al₂O₃的含量为30-40重量%，所述MgO的含量为2-6重量%，所述CaF₂的含量为5-10重量%。优选情况下，所述中间包覆盖剂的用量可以为0.1-0.5千克/吨钢水。

本发明主要针对冶炼方法进行改进，其它工序例如浇注、拉动等是本领域公知的方法，在此不做详细说明。优选地，为了防止连铸时钢水或钢坯二次氧化，在浇注钢水过程中和钢坯被连续拉动、冷却过程中，对钢水和钢坯提供惰性气体保护。

本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的低碳钢的生产方法。

使用转炉将硫含量小于0.015重量%的铁水进行初炼，复合吹炼时顶吹纯氧28000标准立方米/小时，底吹纯氩气强度0.035Nm³/吨钢水·min，在出钢后底吹氩气6min，强度为0.2Nm³/吨钢水·min，以在出钢前进行强化搅拌；吹炼终点碳含量为0.06重量%，钢水氧活度含量为400ppm，出钢钢水温度为1670℃；

钢转炉冶炼后，出钢过程中加入碱度（CaO/SiO₂重量比）为4-5的钢水渣料（精炼调渣剂），与钢液混冲，加入量为1.5千克/吨钢水，其组成如下表2（单位：重量%）：

表2

CaO

Al₂O₃

MAl

P

S

SiO₂

H₂O

38-50

18-30

≥6.0

≤0.05

≤0.15

≤10

≤0.5

出钢时进行挡渣，使得钢包渣中的FeO和MnO的总含量为3重量%；

经过LF炉调温处理（温度为1620℃左右）后，使钢水进入RH真空装置（钢水重量为120吨）进行循环依次进行脱碳以及脱氧合金；

自然脱碳时，将钢水真空循环时间控制在20分钟，压力200帕，氩气吹入强度为12升/分钟，使得C含量为0.0015重量%；

强制脱碳时，向钢水中吹入氧气，氧气的吹入量为1200标准立方米/小时，将钢水真空循环时间控制在10分钟，压力为10000帕，氩气吹入强度为18升/分钟，使得C含量为0.0006重量%；

然后向脱碳后的钢水中加入铝粒脱氧剂和钛铁合金和铌铁，氩气吹入强度为每吨钢水18升/分钟，压力为200帕，铝粒脱氧剂的加入量为1.5千克/吨钢水，使得钢水的Als为0.06重量%，氧活度为0.002重量%；得到C含量为0.0006重量%，Si含量为0.02重量%，Mn含量为0.21重量%，P含量为0.010重量%，S含量为0.010重量%，Ti含量为0.056重量%，Als为0.06重量%的钢水，余量为铁；

将该钢水从中间包浇注到结晶器中以被连续拉动和冷却进行连铸并在浇注过程中提供氩气保护，并在浇注到中间包中的同时加入中间包覆盖剂，加入量为0.2千克/吨冶炼后得到的钢水。

该实施例是采用本发明的方法来生产IF牌号低碳钢，IF牌号低碳钢化学组分见表3（单位：重量%）。

表3

C

Si

Mn

P

S

Als

Ti

≤0.003

≤0.05

0.15-0.40

≤0.015

0.02-0.07

0.02-0.08

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的低碳钢的生产方法。

使用转炉将硫含量小于0.015重量%的铁水进行初炼，复合吹炼时顶吹纯氧28000标准立方米/小时，底吹纯氩气强度0.035Nm³/吨钢水·min，在出钢后底吹氩气6min，强度为0.2Nm³/吨钢水·min，以在出钢前进行强化搅拌；吹炼终点碳含量为0.05重量%，钢水氧活度含量为450ppm，出钢钢水温度为1670℃；

钢转炉冶炼后，出钢过程中加入碱度（CaO/SiO₂重量比）为4-5的渣料（钢水精炼调渣剂），与钢液混冲，加入量为1.5千克/吨钢水，组成如下表4（单位：重量%）：

表4

CaO

Al₂O₃

MAl

P

S

SiO₂

H₂O

38-50

18-30

≥6

≤0.05

≤0.15

≤10

≤0.5

然后向脱碳后的钢水中加入铝粒脱氧剂和钛铁合金和铌铁，氩气吹入强度为每吨钢水18升/分钟，压力为200帕，铝粒脱氧剂的加入量为1.5千克/吨钢水，使得钢水的Als为0.06重量%，氧活度含量为0.002重量%；得到C含量为0.0018重量%，Si含量为0.02重量%，Mn含量为0.20重量%，P含量为0.011重量%，S含量为0.010重量%，Ti含量为0.061重量%，Als为0.06重量%的钢水，余量为铁；

该实施例是采用本发明的方法来生产IF牌号低碳钢，IF牌号低碳钢化学组分见表5（单位：重量%）。

表5

C

Si

Mn

P

S

Als

Ti

≤0.003

≤0.05

0.15-0.40

≤0.015

0.02-0.07

0.02-0.08

Claims

1.一种冶炼超低碳钢的方法，该方法包括：

(1)使用转炉将硫含量小于0.015重量％的铁水或半钢进行初炼，然后将初炼得到的钢水出钢到钢包中；

在出钢过程中加入碱度为4-5，SiO₂含量≤20重量％的渣料；使得钢包渣中的FeO和MnO的总含量≤15重量％；

所述转炉出钢温度为1600-1700℃，吹炼终点碳含量为0.04-0.06重量％，氧活度为0.03-0.07重量％；

(2)将步骤(1)得到的钢水在真空条件下在RH真空装置中循环依次进行脱碳和脱氧合金化，脱碳的条件使得钢水中的碳含量在30ppm以下。

2.根据权利要求1所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，步骤(1)中，所述转炉进行吹炼的方法为顶底复合吹炼，所述顶底复合吹炼为顶吹氧气、底吹保护气体，顶吹氧气的量为15000-35000标准立方米/小时；底吹保护气体的强度为0.01-0.1Nm³/吨钢水·min。

3.根据权利要求1所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，步骤(2)中，所述脱碳的方法包括自然脱碳以及选择性进行的强制脱碳。

4.根据权利要求3所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，所述自然脱碳的条件包括：压力为0-1000帕，氩气吹入强度为每吨钢水6-15升/分钟，时间为15-25分钟。

5.根据权利要求4所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，所述自然脱碳的条件包括：压力为0-200帕，氩气吹入强度为每吨钢水10-15升/分钟，时间为15-20分钟。

6.根据权利要求3所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，所述强制脱碳包括向钢水中吹入氧气，所述强制脱碳的条件包括：压力为0-10000帕，氧气的吹入量为800-1600标准立方米/小时，氩气吹入强度为每吨钢水6-20升/分钟，时间为3-15分钟。

7.根据权利要求6所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，所述强制脱碳包括向钢水中吹入氧气，所述强制脱碳的条件包括：压力为1000-10000帕，氧气的吹入量为1200-1400标准立方米/小时，氩气吹入强度为每吨钢水6-10升/分钟，时间为3-10分钟。

8.根据权利要求1所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，步骤(2)中，所述脱氧合金化的方法包括向脱碳后的钢水中加入铝粒脱氧剂和钛铁合金，铝粒脱氧剂的加入量控制钢水的[Als]为0.04-0.06重量％，氧活度≤20ppm；钛铁合金的加入量使钛组分的量达到钢种要求的中限。

9.根据权利要求8所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，所述脱氧合金化的条件包括压力为0-1000帕，氩气吹入强度为每吨钢水6-20升/分钟。

10.根据权利要求1所述的冶炼超低碳钢的方法，其中，该方法还包括将步骤(1)得到的钢水进入RH真空装置循环之前，将钢水进行调温处理，以使得所述钢水的温度为1620-1640℃。

11.一种连铸超低碳钢的方法，该方法包括将冶炼得到的钢水注入中间包并将钢水从中间包浇注到结晶器中以被连续拉动和冷却，其特征在于，所述冶炼得到的钢水为通过根据权利要求1-10中任意一项所述的冶炼超低碳钢的方法得到的钢水。

12.根据权利要求11所述的连铸超低碳钢的方法，其中，在浇注钢水过程中，和钢坯被连续拉动、冷却过程中，对钢水和钢坯提供惰性气体保护以防止钢水或钢坯二次氧化。