CN104232831A - 一种低碳超低硫钢冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低碳超低硫钢冶炼方法，采用：铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→LF精炼炉铝丝、铝线脱氧、石灰造渣→CCM工艺流程，通过铁水脱硫扒渣，转炉出钢留氧制度和造渣制度的优化，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，LF炉铝丝扩散脱氧造渣和喂铝线沉淀脱氧相结合进行深脱碳、脱硫，重点是通过转炉出钢留氧操作、RH深脱碳及LF炉深脱硫相结合进行工艺优化，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥碳含量控制与脱硫的冶金热力学和动力学条件，RH炉脱碳稳定，LF炉造渣脱硫和控制增碳效果明显，实现了低碳超低硫钢冶炼。

Description

一种低碳超低硫钢冶炼方法

技术领域

本发明属于冶金领域的一种炼钢工艺，涉及冶炼低碳超低硫钢碳、硫含量控制的工艺。

背景技术

硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。随着科技的发展，社会对钢铁材料的要求也越来越高，特别是抗HIC和抗H2S腐蚀用钢的开发，钢中硫含量要求在0.0010％以内，苛刻的硫含量要求，常规的冶炼脱硫工艺已不能完全满足大规模生产需要。特别是部分钢要求低硫的同时，为了保证屈服性能和焊接性能，碳含量需控制在较低的范围，但LF炉深脱硫，导致加热时间长电极增碳严重，超低硫和低碳控制形成了矛盾。因此，开发一种低碳超低硫钢冶炼工艺，成为各家钢铁公司研发高附加值品种钢和效益增长点的发展瓶颈。为了突破这个限制性环节，本发明以理论计算分析为基础，充分考虑碳氧反应的有利条件，经过反复的现场试验，成功开发低碳超低硫钢冶炼工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳超低硫钢冶炼方法，有效解决冶炼过程中低碳和低硫控制的矛盾，提高脱氧脱硫效率。

本发明实现以上发明目的的技术方案是：

一种低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于该方法采用铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→LF精炼炉铝丝、铝线脱氧、石灰造渣→CCM流程，通过铁水脱硫扒渣，转炉出钢留氧制度和造渣制度的优化，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，LF炉铝丝扩散脱氧造渣和喂铝线沉淀脱氧相结合深脱硫，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，控制充分发挥碳含量控制与脱硫的冶金热力学和动力学条件，实现钢水中[C]≤0.035％，[S]≤0.0010％。

本发明通过铁水脱硫预处理，转炉出钢脱氧制度和造渣制度优化，RH深脱碳、合金化、脱气，LF精炼炉脱氧制度和造渣制度的优化的结合，充分脱碳、脱硫，减少了加热时间，有效降低了电极增碳，有效解决了低碳、低硫控制之间的矛盾。本发明利用铝氧平衡反应的理论计算，结合实际脱氧效率，制定了精确的铝块加入量，转炉出钢留氧操作稳定，保证RH到站氧含量在0.0300％～0.0500％之间，RH炉脱碳将碳含量稳定控制在0.010％以内，LF炉过程脱氧造渣稳定，LF精炼炉终渣颜色泛白，渣中全铁含量控制在0.50％以内，反应出该渣具有较强的还原性；LF炉处理结束后，钢水中硫含量均能控制在0.0010％，碳含量均能控制在0.035％以内。经试验，采用本发明方法，钢水中碳、硫含量控制稳定，铸坯质量良好，钢板探伤合格率稳定在99％以上，保证了高附加值的低碳超低硫钢的生产，完全满足现场大规模生产的要求。

附图说明

图1为低碳超低硫钢冶炼方法流程图。

图2为精炼炉终点渣样效果图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明公开了一种低碳超低硫钢冶炼方法，采用：铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→LF精炼炉铝丝、铝线脱氧、石灰造渣→CCM(连铸)工艺流程，通过铁水脱硫扒渣，转炉出钢留氧制度和造渣制度的优化，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，LF炉铝丝扩散脱氧造渣和喂铝线沉淀脱氧相结合进行深脱碳、脱硫，重点是通过转炉出钢留氧操作、RH深脱碳及LF炉深脱硫相结合进行工艺优化，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥碳含量控制与脱硫的冶金热力学和动力学条件，RH炉脱碳稳定，LF炉造渣脱硫和控制增碳效果明显，实现了钢水中[C]≤0.035％和[S]≤0.0010％。

低碳超低硫钢冶炼方法流程如图1所示：

1、转炉冶炼工艺：

(1)铁水预处理操作。入炉铁水须经脱硫预处理并扒渣干净，要求[S]≤0.005％，控制废钢中杂质(废钢中[S]≤0.010％)，降低转炉出钢硫含量，减轻LF炉工序造强还原渣的脱硫负担。

(2)挡渣操作。严格控制出钢过程中的下渣量，控制下渣量≤2kg/t，降低转炉出钢顶渣脱氧的困难。

(3)温度和碳含量控制。吹炼终点温度大于1680℃，终点[C]≤0.045％。

(3)出钢造渣。出钢过程加入复合精炼渣和石灰进行对钢包顶渣改质，复合精炼渣(复合精炼渣成分：CaO55％～65％、Al₂O₃27％～37％、SiO₂≤8.0％、H₂O≤0.5％、N≤0.05％)加入量吨钢大于6Kg，石灰加入量吨钢大于3Kg。

(4)出钢留氧。出钢不加硅锰合金，过程采用铝块弱脱氧，根据转炉吹炼终点氧含量(副枪TSO值)加入铝块。加入铝块后，钢水中氧含量需控制在300～500ppm。具体加入量见下表所示。

造渣料和铝块加入时间：出钢开始→出钢30秒加造渣料→出钢至1/3加铝块→出钢结束。

(5)钢包底吹氩气控制。出钢过程钢包底吹气体流量为200～300Nl/min，出钢时间控制在5-8min。

2、精炼炉冶炼工艺：

(1)RH真空脱碳处理。钢水到达RH炉处理工位后，测温取样定氧，温度大于1590℃进行真空脱碳(当温度≤1590℃时，钢水需回LF炉升温到1620℃以上再回RH炉处理)，随着RH真空度由正常大气压开始降低，钢水脱碳(碳氧反应)开始，当真空度降低至500Pa以内，碳氧反应基本结束(约6～8min)，加入铝丸200Kg/炉进行深脱氧，继续真空保持2min，根据钢种成分要求，加入硅锰(加入量按钢种成分下限配加)合金进行合金化。

(2)RH真空脱气处理。RH合金化后进行真空脱气处理，真空度不大于300Pa，保持时间大于15min，RH真空脱碳、合金化、脱气整个过程，钢包底吹氩气流量控制在5～15Nl/min，真空结束钢水吊运至LF炉继续精炼处理。

(3)LF炉前期操作。钢水到LF炉处理工位后，调整钢包底吹流量300～400Nl/min。供电化渣2～3min后加入石灰3kg/吨钢、铝丝0.3kg/吨钢，取样分析，下电极升温。

(4)LF炉中期操作(处理时间10min左右)。根据LF炉第一个钢样成分和渣况粘稠情况，加入合适石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢小于2Kg，铝丝0.2kg/吨钢，脱硫过程氩气流量350～500Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线控制氩气流量30～60Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.05～0.06％范围来控制铝线喂入量，根据目标钢种的成分进行合金化，升温6～8min取样分析，下电极继续升温脱硫。

(5)LF炉后期操作(处理时间25min左右)。根据LF炉第二个钢样成分和渣况粘稠情况，加入合适石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢小于2Kg，铝丝0.2kg/吨钢，脱硫过程氩气流量350～500Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线控制氩气流量30～60Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.03％～0.05％范围来控制铝线喂入量，加入合金进行合金化微调(确保合金成分达到钢种目标要求)；下电极升温脱硫，取样分析。根据分析结果重复LF炉后期操作流程。

(6)钙处理及软搅拌。钢水成分温度均合格后，为了保证夹杂物变性去除，钢水中喂入纯钙线180～200m/炉(或钙铁线350～400m/炉)，钙处理结束软搅拌大于12min，软搅拌底吹流量控制：10～60Nl/min。

实施例一

本实施例选择X65MS管线钢种，在150吨转炉、150吨钢包炉冶炼情况。其X65MS管线钢化学成分见表1，整个冶炼过程控制如下：

表1 X65MS主要化学成份(％)

(1)转炉吹炼。吹炼终点成分和温度控制见表2。

表2转炉终点成分(％)

(2)转炉后脱氧造渣合金化。出钢过程辅料加过顺序：开始出钢→石灰、精炼渣→铝块，加入量和炉后成分控制见表3。

表3炉后成分

(3)RH处理。RH靠碳氧反应脱碳，加铝深脱氧，初步合金化和真空脱气去夹杂物。具体数据见表4，RH处理结束成分表5。

表4 RH到站温度和合金化情况

表5 RH结束成分(％)

(4)精炼脱氧、造渣脱硫，去夹杂工艺。LF炉钢水到站化渣→控制底吹氩气300～400Nl/min、加热升温3min→加入石灰、铝丝、喂铝线→加热→石灰、铝丝、喂铝线→控制底吹氩气350～500Nl/min→合金化→加热→合金微调→加热→喂铝线调铝→钙处理→软搅拌，具体用量见表6，精炼处理结束渣样成分见表7，渣样效果图见图1，精炼炉终点成分见表8。

表6精炼炉加料情况(kg)

表7精炼炉结束渣成份(％)

表8精炼炉终点钢水主要成份(％)

(5)效果总结

该工艺通过铝氧平衡反应的理论计算，结合现场实际脱氧效率，制定了精确的铝块加入量，转炉留氧操作稳定，保证RH到站氧含量在0.0300％～0.0500％之间，RH炉脱碳稳定控制在0.010％以内，LF炉过程脱氧造渣稳定，LF精炼炉终渣颜色泛白，渣中全铁含量控制在0.50％以内，反应出该渣具有较强的还原性；LF炉处理结束后，钢水中硫含量均能控制在0.0010％，碳含量均能控制在0.030％以内，满足现场大规模生产的要求。

Claims (10)

1.一种低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于该方法采用铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→LF精炼炉铝丝、铝线脱氧、石灰造渣→CCM流程，通过铁水脱硫扒渣，转炉出钢留氧制度和造渣制度的优化，RH炉真空深脱碳、合金化、脱气控制，LF炉铝丝扩散脱氧造渣和喂铝线沉淀脱氧相结合深脱硫，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥碳含量控制与脱硫的冶金热力学和动力学条件，实现钢水中[C]≤0.035% ，[S]≤0.0010%。

2.根据权利要求1所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：转炉出钢留氧，出钢过程不加硅锰合金，采用铝块弱脱氧，出钢至1/3时根据转炉吹炼终点氧含量即副枪TSO值加入铝块，加入铝块后，钢水中氧含量控制在300～500ppm，具体加入量见下表所示：

TSO氧含量（ppm） ＜600 ≤600～＜700 ≤700～＜800 ≤800～＜900 ≤900～＜1000 ≤1000～＜1100 ≤1100～＜1200 ≥1200 铝块加入量（Kg） 不加 20 40 60 70 90 110 130

当TSO氧含量≥1300ppm时，每增加100ppm氧增加铝块10Kg。

3.根据权利要求1所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：RH炉真空脱碳，钢水到达RH炉处理工位后，测温取样定氧，温度大于1590℃进行真空脱碳，当温度≤1590℃时，钢水回LF炉升温到1620℃以上再回RH炉处理，随着RH真空度由正常大气压开始降低，钢水脱碳开始，当真空度降低至500Pa以内，碳氧反应基本结束，加入铝丸200Kg/炉进行深脱氧，继续真空保持2min，整个过程底吹氩气流量控制在5～15Nl/min。

4.根据权利要求1所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：RH炉真空脱碳后，根据钢种成分要求，加入硅锰合金进行合金化；然后进行RH炉真空脱气处理，真空度不大于300Pa，保持时间大于15min，整个过程底吹氩气流量控制在5～15Nl/min。

5.根据权利要求1所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于LF炉深脱硫：

前期操作：钢水到LF炉处理工位后，调整钢包底吹流量300～400Nl/min，供电化渣2～3min后加入石灰3kg/吨钢、铝丝0.3kg/吨钢，取样分析，下电极升温；

中期操作：根据LF炉第一个钢样成分和渣况粘稠情况，加入合适石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢小于2 Kg，铝丝0.2kg/吨钢，脱硫过程控制氩气流量350～500 Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线过程控制氩气流量30～60Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.05～0.06%范围来控制铝线喂入量，根据目标钢种的成分进行合金化，升温6～8min取样分析，下电极继续升温脱硫；

后期操作：根据LF炉第二个钢样成分和渣况粘稠情况，加入合适石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢小于2 Kg，铝丝0.2kg/吨钢，脱硫过程控制氩气流量350～500 Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线过程控制氩气流量30～60Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.03%～0.05%范围来控制铝线喂入量，加入合金进行合金化微调确保合金成分达到钢种目标要求；下电极继续升温脱硫，取样分析，重复后期操作流程直到满足成分要求。

6.根据权利要求1-5任一所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：入炉铁水经脱硫预处理并扒渣干净，要求[S]≤0.005%，控制废钢中杂质，降低转炉出钢硫含量，减轻LF工序造强还原渣的脱硫和增碳的负担。

7.根据权利要求1-5任一所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：严格控制出钢过程中的下渣量≤2kg/t，防止钢包顶渣过氧化。

8.根据权利要求1-5任一所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：控制吹炼终点温度大于1680℃，终点[C]≤0.045%，出钢30秒后加入复合精炼渣和石灰进行对钢包顶渣改质，复合精炼渣加入量吨钢大于6Kg，石灰加入量吨钢大于3Kg，复合精炼渣的组分及其重量百分比为：CaO 55%～65%、Al₂O₃ 27%～37%、SiO₂≤8.0%、H₂O≤0.5%、N≤0.05%。

9.根据权利要求1-5任一所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：出钢过程钢包底吹气体流量为200～300Nl/min，出钢时间控制在5-8min。

10.根据权利要求1-5任一所述的低碳超低硫钢冶炼方法，其特征在于：钢水成分温度均合格后，为了保证夹杂物变性去除，钢水中喂入纯钙线180～200m/炉或钙铁线350～400m/炉进行钙化处理，钙处理结束软搅拌大于12min，软搅拌过程底吹氩气流量控制在10～60 Nl/min。