CN105063474B - 一种焊丝用钢的电炉冶炼方法 - Google Patents

一种焊丝用钢的电炉冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种焊丝用钢的电炉冶炼方法,包括电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序。关键工艺技术包括电炉冶炼高效深脱磷技术,具体包括前期高效脱磷的造渣制度、温度制度和流渣制度;钢包精炼高效脱硫技术,冶炼全过程禁止使用铝脱氧,具体包括精炼炉渣成分的控制、软搅拌时间的控制;小方坯连铸工序包括连铸过热度和拉速的控制、冷却过程的控制。采用本发明的冶炼方法,操作简单,生产成本低,可提供一种硅含量低于0.03%、铝含量低于0.003%、磷含量低于0.008%、硫含量低于0.006%的低硅低铝低磷含量的高纯净焊丝钢用的连铸坯。

Description

一种焊丝用钢的电炉冶炼方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域,涉及一种焊丝用钢的电炉冶炼方法。
背景技术
电站结构因其恶劣的运行环境,要求其具有极高的安全系数,因此对建造材料提出更严格的要求,如对所用钢材及配套焊材的纯净度要求极高。S、P、Al、Si等元素均可使焊接接头的脆性增加,增大焊缝开裂倾向。因此,一些电站用焊丝钢要求具有较低的S、P、Al、Si含量。由于钢液冶炼过程中脱磷反应需要在高碱度、高氧化性炉渣环境进行,脱磷的同时容易导致钢液过氧化,因此必须在后续冶炼时加强脱氧,而Al、Si作为强脱氧元素,在其含量较低时,极易导致脱氧不充分,从而进一步影响脱硫反应。因此,生产低Si、低P钢时钢液的脱磷、脱氧及脱硫反应不易控制,并最终不易冶炼出高纯净度的焊丝用钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊丝用钢的电炉冶炼方法,具体地说,可提供一种硅含量低于0.03%、铝含量低于0.003%、磷含量低于0.008%、硫含量低于0.006%的低硅低铝低磷含量的高纯净焊丝钢的冶炼方法。
为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:
一种焊丝用钢的冶炼方法,钢的化学成分以重量百分比计为:0.05%≤C≤0.09%、Si≤0.03%、0.55%≤Mn≤0.65%、S≤0.006%、P≤0.008%、Cr≤0.08%、Ni≤0.08%、Cu≤0.08%、Mo≤0.02%、Al≤0.003%,余量为Fe及不可避免的杂质,具体包括电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序。
1)所述电炉冶炼工序中,炉料结构包括铁水和废钢,铁水比≥70%;全程采取供氧吹炼方式,吹炼全程不通电;吹炼开始至吹炼30分钟内,控制石灰加入量≥23kg/t,熔池温度≤1560℃;当熔池中碳含量≤0.06%、磷含量≤0.006%、温度为1600~1640℃时方可出钢;当出钢量达到总出钢量的15~20%时按照“硅铁→低碳锰铁→石灰→萤石”的顺序向钢包中加入合金和渣料,严禁加铝或含铝的合金;
2)所述钢包精炼工序中,精炼过程中加入石灰、萤石、电石调节精炼渣成分,将炉渣主要组成的重量百分比控制在50%≤CaO≤55%、Al2O3≤8%、15%≤SiO2≤20%、6%≤MgO≤10%、15%≤CaF2≤20%、MnO+T.Fe≤1.5%;并将钢液温度调整为1593~1603℃,钢的化学成分以重量百分比计调整为:C 0.05~0.09、Si≤0.03、Mn 0.55~0.65、S≤0.006、P≤0.008、Cr≤0.08%、Ni≤0.08%、Cu≤0.08%、Mo≤0.02%、Al≤0.003%;精炼时间不少于35分钟,白渣时间不少于15分钟;精炼结束后吹氩软搅拌,吹氩软搅拌时间不少于10分钟;
3)所述小方坯连铸工序中,连铸过程采用全程保护浇铸,中间包采用液-固双层结构覆盖剂进行保护;中间包钢液的过热度为20~40℃;拉速为2.2~2.6m/min。
进一步,所述电炉冶炼工序中,吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,根据铁水的硅含量,控制石灰加入量为23~30kg/t,控制开始流渣时间为吹炼开始15分钟以后,并使流渣时的炉渣碱度≥2.0、渣中T.Fe含量≥20%,使熔池温度≤1560℃,熔池的磷含量≤0.02%。
进一步,所述电炉冶炼工序中,合金的加入量与电炉终点钢液的溶解氧质量分数满足如下关系:W(硅铁)=(8~15)×[%O]/(硅铁中的硅含量),W(低碳锰铁)=(70~85)×[%O]/(低碳锰铁中的锰含量)
进一步,所述精炼工序中,控制精炼渣主要成分的方法为,在电炉出钢过程加入石灰0~5kg/t;精炼过程根据炉渣和钢液脱氧情况,分批加入石灰、萤石及电石,控制石灰加入量为5~10kg/t、萤石加入量为2~7kg/t、电石加入量为0.2~1kg/t。
进一步,所述小方坯连铸工序中,二冷段采取四段冷却模式,各区水量与拉速v的关系如下:一区水量为v×(55~65)L/min,二区水量为v×(68~78)L/min,三区水量为v×(18~24)L/min,四区水量为v×(14~20)L/min。
与现有技术比较,本发明至少具有以下有益效果:
在电炉吹炼前期,通过控制石灰加入方法、石灰加入量、控制流渣时间和流渣时的炉渣碱度,达到提高电炉前期脱磷率的效果,减轻了后续高温冶炼过程的脱磷压力,最终实现了电炉终点磷含量低于0.006%的脱磷目标。
在电炉出钢和精炼过程中,通过不使用铝脱氧,以及控制渣中Al2O3含量低于8%,减少了钢渣间的反应3[Si]+2(Al2O3)=3(SiO2)+4[Al],达到了控制钢中铝含量低于0.003%的目标。
通过精确控制钢包精炼的炉渣成分,提高炉渣碱度,在保证钢液中Si含量较低的前提下,达到了降低渣中SiO2活度的目的,提高了钢液的脱氧效果;同时,通过控制炉渣中合适的CaF2含量,降低炉渣熔点,保证炉渣的流动性,提高了炉渣脱硫能力和脱硫效率,保证了钢液的脱硫效果。
本发明提供的低硅低铝低磷焊丝的电炉冶炼方法,具有工艺流程较短,生产成本较低的有益效果,解决了常规方法难以生产同时要求低硅、低铝、低磷和低硫钢种的难题。
具体实施方式
采用本发明的冶炼方法在炼钢车间采用140mm×140mm断面连铸方坯连续生产了3炉,包括110t电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序,具体工艺方法如下:
1)所述电炉冶炼工序中,炉料结构包括铁水和废钢,铁水比≥70%;全程采取供氧吹炼方式,吹炼全程不通电;吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,根据铁水的硅含量,控制石灰加入量≥23kg/t,控制开始流渣时间为15分钟以后,并使流渣时的炉渣碱度≥2.0、渣中T.Fe含量≥20%;采取上述操作措施,使熔池温度≤1560℃,熔池的磷含量≤0.02%,大幅度提高前期的脱磷效率,减轻后续冶炼的脱磷压力;当熔池中碳含量≤0.06%、磷含量≤0.006%、温度为1600~1640℃时方可出钢;当出钢量达到总出钢量的15~20%时按照“硅铁→低碳锰铁→石灰→萤石”的顺序向钢包中加入合金和渣料,严禁加铝或含铝的合金,吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,根据铁水的硅含量,控制石灰加入量为23~30kg/t,控制开始流渣时间为吹炼开始15分钟以后,并使流渣时的炉渣碱度≥2.0、渣中T.Fe含量≥20%,使熔池温度≤1560℃,熔池的磷含量≤0.02%;合金的加入量与电炉终点钢液的溶解氧质量分数满足如下关系:W(硅铁)=(8~15)×[%O]/(硅铁中的硅含量),W(低碳锰铁)=(70~85)×[%O]/(低碳锰铁中的锰含量);
2)所述钢包精炼工序中,精炼过程根据炉渣和钢液脱氧情况,分批加入石灰、萤石及电石调节精炼渣成分,控制石灰加入量为5~10kg/t、萤石加入量为2~7kg/t、电石加入量为0.2~1kg/t,将炉渣主要组成的重量百分比控制在50%≤CaO≤55%、Al2O3≤8%、15%≤SiO2≤20%、6%≤MgO≤10%、15%≤CaF2≤20%、MnO+T.Fe≤1.5%;并调整钢液温度和其它元素含量到目标值,精炼时间不少于35分钟,白渣时间不少于15分钟;精炼结束后吹氩软搅拌,吹氩软搅拌时间不少于10分钟;
3)所述小方坯连铸工序中,小方坯的断面为140mm×140mm;连铸过程采用全程保护浇铸,中间包采用液-固双层结构覆盖剂进行保护;中间包钢液的过热度为20~40℃;拉速为2.2~2.6m/min;二冷段采取四段冷却模式,各区水量与拉速v的关系如下:一区水量为v×(55~65)L/min,二区水量为v×(68~78)L/min,三区水量为v×(18~24)L/min,四区水量为v×(14~20)L/min。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例一
电炉冶炼时,炉料结构包括铁水和废钢,其中铁水量为85t,优质废钢量为27t,铁水比为76%;全程采取供氧吹炼方式,吹炼全程不通电;吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,石灰加入总量2780kg,开始流渣时间为吹炼开始16分钟,流渣时的炉渣碱度为2.1,渣中T.Fe含量30%;吹炼开始30分钟时,熔池温度为1534℃,熔池磷含量为0.0162%;熔池中碳含量为0.043%、磷含量为0.0056%、温度为1607℃时出钢;出钢量为总出钢量的17%时按照“硅铁→低碳锰铁→石灰→萤石”的顺序向钢包中加入合金和渣料,其中硅铁加入量为130kg,低碳锰铁加入量为510kg,石灰加入量为320kg。
钢包精炼时,根据炉渣和钢液脱氧情况,分批加入石灰、萤石及电石调节精炼渣成分,精炼过程石灰加入总量为800kg、萤石加入量为450kg、电石加入量为50kg,将炉渣主要组成的重量百分比控制在CaO:53.2%、Al2O3:5.6%、SiO2:15.4%、MgO:6.9%、CaF2:16.7%、MnO:0.31%、T.Fe:0.65%;并调整钢液温度和其它元素含量到目标值,精炼总时间为41分钟,白渣时间为18分钟;精炼结束后吹氩软搅拌,吹氩软搅拌时间为12分钟。
小方坯连铸时,连铸过程采用全程保护浇铸,中间包采用液-固双层结构覆盖剂进行保护;中间包钢液的过热度为30-36℃;拉速为2.4m/min;二冷段采取四段冷却模式,二冷段各区水量如下:一区水量为144L/min,二区水量为175L/min,三区水量为50L/min,四区水量为40L/min。
浇铸完成后测得钢的成品成分为C:0.067%、Si:0.01%、Mn:0.60%、S:0.0034%、P:0.0067%、Cr:0.05%、Ni:0.04%、Cu:0.03%、Mo:0.005%、Al:0.0024%。
实施例二
电炉冶炼时,炉料结构包括铁水和废钢,其中铁水量为87t,优质废钢量为25t,铁水比为78%;全程采取供氧吹炼方式,吹炼全程不通电;吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,石灰加入总量1850kg,开始流渣时间为吹炼开始18分钟,流渣时的炉渣碱度为2.2,渣中T.Fe含量28%;吹炼开始30分钟时,熔池温度为1550℃,熔池磷含量为0.0186%;熔池中碳含量为0.055%、磷含量为0.0052%、温度为1614℃时出钢;出钢量为总出钢量的18%时按照“硅铁→低碳锰铁→石灰→萤石”的顺序向钢包中加入合金和渣料,其中硅铁加入量为120kg,低碳锰铁加入量为527kg,石灰加入量为300kg。
钢包精炼时,根据炉渣和钢液脱氧情况,分批加入石灰、萤石及电石调节精炼渣成分,精炼过程石灰加入总量为580kg、萤石加入量为400kg、电石加入量为60kg,将炉渣主要组成的重量百分比控制在CaO:52.1%、Al2O3:4.3%、SiO2:16.3%、MgO:6.2%、CaF2:18.4%、MnO:0.40%、T.Fe:0.53%;并调整钢液温度和其它元素含量到目标值,精炼总时间为38分钟,白渣时间为17分钟;精炼结束后吹氩软搅拌,吹氩软搅拌时间为12分钟。
小方坯连铸时,连铸过程采用全程保护浇铸,中间包采用液-固双层结构覆盖剂进行保护;中间包钢液的过热度为23-31℃;拉速为2.4m/min;二冷段采取四段冷却模式,二冷段各区水量如下:一区水量为144L/min,二区水量为175L/min,三区水量为50L/min,四区水量为40L/min。
浇铸完成后测得钢的成品成分为C:0.066%、Si:0.03%、Mn:0.59%、S:0.0055%、P:0.0066%、Cr:0.04%、Ni:0.04%、Cu:0.05%、Mo:0.003%、Al:0.0025%。
实施例三
电炉冶炼时,炉料结构包括铁水和废钢,其中铁水量为88t,优质废钢量为24t,铁水比为79%;全程采取供氧吹炼方式,吹炼全程不通电;吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,石灰加入总量2440kg,开始流渣时间为吹炼开始18分钟,流渣时的炉渣碱度为2.0,渣中T.Fe含量27%;吹炼开始30分钟时,熔池温度为1527℃,熔池磷含量为0.0173%;熔池中碳含量为0.048%、磷含量为0.0050%、温度为1619℃时出钢;出钢量为总出钢量的17%时按照“硅铁→低碳锰铁→石灰→萤石”的顺序向钢包中加入合金和渣料,其中硅铁加入量为125kg,低碳锰铁加入量为512kg,石灰加入量为308kg。
钢包精炼时,根据炉渣和钢液脱氧情况,分批加入石灰、萤石及电石调节精炼渣成分,精炼过程石灰加入总量为575kg、萤石加入量为425kg、电石加入量为65kg,将炉渣主要组成的重量百分比控制在CaO:50.5%、Al2O3:6.4%、SiO2:15.2%、MgO:8.0%、CaF2:15.8%、MnO:0.26%、T.Fe:0.72%;并调整钢液温度和其它元素含量到目标值,精炼总时间为37分钟,白渣时间为17分钟;精炼结束后吹氩软搅拌,吹氩软搅拌时间为12分钟。
小方坯连铸时,连铸过程采用全程保护浇铸,中间包采用液-固双层结构覆盖剂进行保护;中间包钢液的过热度为25-32℃;拉速为2.4m/min;二冷段采取四段冷却模式,二冷段各区水量如下:一区水量为144L/min,二区水量为175L/min,三区水量为50L/min,四区水量为40L/min。
浇铸完成后测得钢的成品成分为C:0.064%、Si:0.02%、Mn:0.58%、S:0.0038%、P:0.0061%、Cr:0.06%,Ni:0.06%、Cu:0.04%、Mo:0.004%、Al:0.0022%。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式,但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。本领域的技术人员在本发明构思的启示下对本发明所做的任何变动均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种焊丝用钢的电炉冶炼方法,钢的化学成分以重量百分比计为:C0.05~0.09、Si≤0.03、Mn0.55~0.65、S≤0.006、P≤0.008、Cr≤0.08%、Ni≤0.08%、Cu≤0.08%、Mo≤0.02%、Al≤0.003%,余量为Fe及不可避免的杂质,具体包括电炉冶炼工序、钢包精炼工序和小方坯连铸工序,其特征在于,
1)所述电炉冶炼工序中,炉料结构包括铁水和废钢,铁水比≥70%;全程采取供氧吹炼方式,吹炼全程不通电;吹炼开始至吹炼30分钟内,控制石灰加入量≥23kg/t,熔池温度≤1560℃;当熔池中碳含量≤0.06%、磷含量≤0.006%、温度为1600~1640℃时方可出钢;当出钢量达到总出钢量的15~20%时按照“硅铁→低碳锰铁→石灰→萤石”的顺序向钢包中加入合金和渣料,严禁加铝或含铝的合金;
2)所述钢包精炼工序中,精炼过程中加入石灰、萤石、电石调节精炼渣成分,将炉渣主要组成的重量百分比控制在50%≤CaO≤55%、Al2O3≤8%、15%≤SiO2≤20%、6%≤MgO≤10%、15%≤CaF2≤20%、MnO+T.Fe≤1.5%;并将钢液温度调整为1593~1603℃,钢的化学成分以重量百分比计调整为:C 0.05~0.09、Si≤0.03、Mn 0.55~0.65、S≤0.006、P≤0.008、Cr≤0.08%、Ni≤0.08%、Cu≤0.08%、Mo≤0.02%、Al≤0.003%;精炼时间不少于35分钟,白渣时间不少于15分钟;精炼结束后吹氩软搅拌,吹氩软搅拌时间不少于10分钟;
3)所述小方坯连铸工序中,连铸过程采用全程保护浇铸,中间包采用液-固双层结构覆盖剂进行保护;中间包钢液的过热度为20~40℃;拉速为2.2~2.6m/min。
2.根据权利要求1所述的焊丝用钢的电炉冶炼方法,其特征在于,所述电炉冶炼工序中,吹炼开始至吹炼30分钟内,采取分批加料的原则,根据铁水的硅含量,控制石灰加入量为23~30kg/t,控制开始流渣时间为吹炼开始15分钟以后,并使流渣时的炉渣碱度≥2.0、渣中T.Fe含量≥20%,使熔池温度≤1560℃,熔池的磷含量≤0.02%。
3.根据权利要求1所述的焊丝用钢的电炉冶炼方法,其特征在于,所述电炉冶炼工序中,合金的加入量与电炉终点钢液的溶解氧质量分数满足如下关系:W(硅铁)=(8~15)×[%O]/(硅铁中的硅含量),W(低碳锰铁)=(70~85)×[%O]/(低碳锰铁中的锰含量)。
4.根据权利要求1所述的焊丝用钢的电炉冶炼方法,其特征在于,所述钢包精炼工序中控制精炼渣主要成分的方法为,在电炉出钢过程加入石灰0~5kg/t;精炼过程根据炉渣和钢液脱氧情况,分批加入石灰、萤石及电石,控制石灰加入量为5~10kg/t、萤石加入量为2~7kg/t、电石加入量为0.2~1kg/t。
5.根据权利要求1所述的焊丝用钢的电炉冶炼方法,其特征在于,所述小方坯连铸工序中,二冷段采取四段冷却模式,各区水量与拉速v的关系如下:一区水量为v×(55~65)L/min,二区水量为v×(68~78)L/min,三区水量为v×(18~24)L/min,四区水量为v×(14~20)L/min。
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