CN105821178B - 超低碳钢的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低碳钢的冶炼方法，包括：将铁水通过转炉冶炼，在转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水；将所述钢水通过RH真空精炼，在RH破空结束时，在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量，从而获得洁净度高的钢水；将所述洁净度高的钢水通过连铸获得成品。本发明提供的一种超低碳钢的冶炼方法可显著降低超低碳钢钢包顶渣的氧化性，改善钢水的可浇性，提高钢水洁净度。

Description

超低碳钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种超低碳钢的冶炼方法。
背景技术
转炉冶炼超低碳钢(C<0.0030％)时，目前超低碳钢冶炼采用的工艺为转炉-RH真空处理-连铸工艺。超低碳钢冶炼过程中，渣的合理控制对钢液洁净度至关重要，炉渣中高FeO会在后序过程中对钢液造成二次氧化。而良好的顶渣不仅可以对钢液进行保护，避免钢液的二次氧化，对超低碳钢来说，因为是要经过RH真空处理，采用碳氧反应降低钢中的碳含量，良好的顶渣还可以减少顶渣向钢液传氧、减少空气中的氮气向钢液中扩散、可以吸附钢液中的Al2O3夹杂，提高钢水的可浇性。
现有技术中虽然在转炉出钢时尽管采用了挡渣措施，仍不可避免有一部分炼钢转炉终点渣随钢水进入钢包，钢包顶渣氧化性较强，渣中FeO质量分数可达到11％～17％，转炉出钢进行渣改质处理可降低渣中TFe但仍较高，对钢水质量危害较大，造成钢水中氧化物夹杂增多，尤其产生Al2O3大颗粒夹杂，且易产生水口堵塞，影响钢材表面质量。
发明内容
本申请实施例通过提供一种超低碳钢的冶炼方法，解决了现有技术中钢水中氧化物夹杂量高的技术问题，降低了渣氧化性，改善了钢水洁净度。
本申请实施例提供了一种超低碳钢的冶炼方法，包括：
将铁水通过转炉冶炼，在转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水；
将所述钢水通过RH真空精炼，在RH破空结束时，在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量，从而获得洁净度高的钢水；
将所述洁净度高的钢水通过连铸获得成品。
进一步地，所述将铁水通过转炉冶炼获得钢水，转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量包括：
将铁水通过转炉冶炼后，在转炉出钢过程中，向转炉中加入白灰2.0-3.0kg/吨钢及铝矾土0.25-0.75kg/吨钢；
当转炉终点氧含量在500-850ppm范围时，向转炉中加入280-340kg高钙铝渣球来降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水。
进一步地，所述白灰、铝矾土及高钙铝渣球在出钢前期就开始随钢流加入，出钢1/5-1/3前加入所有渣料。
进一步地，转炉冶炼出钢时，出钢时间控制在≥5分钟，采用滑板挡渣出钢，终点氧活度控制在≤850ppm，炉渣碱度控制在3.5～4.0。
进一步地，所述钢水中C元素的质量百分比控制在0.020-0.040％，P元素的质量百分比控制在≤0.010％，转炉出钢温度控制在1680-1705℃。
进一步地，所述将钢水通过RH真空精炼，在RH破空结束时在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量，从而获得洁净度高的钢水包括：
将所述钢水进行自然脱碳后，RH加铝前氧活度控制在≤500ppm，脱碳结束后测温、定氧，根据定氧结果加入铝粒脱氧；
将脱氧后的钢水中加Al 3～4分钟后，再加FeTi70进行合金化；
将经过合金化后的钢水纯循环4～6分钟进行破真空处理；
在所述破真空处理后，向渣面加入0.5kg/吨钢高钙铝渣球，进行镇静，镇静时间为35～40min，从而获得洁净度高的钢水。
进一步地，所述RH真空精炼周期控制在45～50分钟。
进一步地，所述将洁净度高的钢水通过连铸获得成品包括：
将所述洁净度高的钢水进行浇铸时，向中间包内部吹入氩气进行保护，当中包钢水重量为20吨时将吹氩管取出；
在浇铸过程中，向中间包中添加覆盖剂，使得所述覆盖剂覆盖整个中间包液面，并且随浇铸的进行继续补加覆盖剂，防止钢水裸露导致的二次氧化，获得中间包钢水；
将所述中间包钢水进行结晶、冷却、切割后获得成品。
进一步地，所述浇铸过程采用浸入式开浇。
进一步地，在浇注过程中，中间包的温度范围控制在1555～1570℃，中间包的全氧控制在≤30ppm。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，由于采用了转炉出钢根据转炉终点氧含量计算加入高钙铝渣球量降低渣中TFe含量，在RH破空结束时，在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量的工艺设计，有效的解决了顶渣TFe含量高向钢液传氧、吸附钢液中的Al2O3夹杂能力弱及钢水的可浇性差等技术问题，显著降低了冶炼超低碳钢时钢包顶渣的氧化性，改善了钢水的可浇性，提高了钢水洁净度。
附图说明
图1为本申请实施例一中超低碳钢的冶炼方法的工艺流程框图。
具体实施方式
为了保证超低碳钢优良的性能，本申请通过对炼钢工序进行改进，对钢包顶渣进行改质处理，严格控制钢包渣乃至中间包渣的氧化性，提高了其溶解吸收夹杂物的能力，减少了钢水中的夹杂，从而提高了钢水的洁净度和钢水的可浇性。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
本申请实施例提供了一种超低碳钢的冶炼方法，包括：
步骤S1：将铁水通过转炉冶炼，在转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水；
步骤S2：将所述钢水通过RH真空精炼，在RH破空结束时，在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量，从而获得洁净度高的钢水；
步骤S3：将所述洁净度高的钢水通过连铸获得成品。
其中，步骤S1中将铁水通过转炉冶炼获得钢水，转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量包括：
步骤S11：冶炼前先保证出钢口状况良好，将铁水通过转炉冶炼后，在转炉出钢过程中，向转炉中加入白灰2.0-3.0kg/吨钢及铝矾土0.25-0.75kg/吨钢，本申请实施例中添加的白灰为2.5kg/吨钢，铝矾土0.5kg/吨钢；
步骤S12：当转炉终点氧含量在500-850ppm范围时，向转炉中加入280-340kg高钙铝渣球来降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水。
由化学反应方程式4Al+3O2＝2Al2O3，测量出转炉终点氧含量，并已知高钙铝渣球中铝含量百分比，可得在不同氧含量加入不同高钙铝渣球量的范围。具体如表一所示。
高钙铝渣球
终点O≤500ppm 280kg
500ppm＜终点O≤600ppm 300kg
600ppm＜终点O≤700ppm 320kg
700ppm＜终点O≤850ppm 340kg
如此控制添加量避免了高钙铝渣球加入量过低时，顶渣中TFe含量仍会较高，而加入量过高时，高钙铝渣球中Al与钢液中氧发生反应，导致钢液中氧含量过低，增大RH脱碳难度的问题，因此控制合理的加入量具有重要意义。
因为在出钢过程中会产生温降，渣料主要解决脱硫问题而这些需要温度和与钢水的充分混合，所以所述白灰、铝矾土及高钙铝渣球在出钢前期就开始随钢流加入，出钢1/5-1/3前加入所有渣料，本发明实施例采用的是在1/5前加入后，利用出钢过程钢流的冲击实现渣料和钢水的充分混合，提高脱硫效率。
转炉冶炼出钢时，出钢时间控制在≥5分钟，采用滑板挡渣出钢，终点氧活度控制在≤850ppm，炉渣碱度控制在3.5～4.0。控制合适的出钢时间减少转炉出钢渣流出，采用滑板挡渣出钢亦是此目的，根据转炉出钢C-O平衡，终点氧活度控制在≤850ppm，可得合适的终点C含量，因此降低RH脱碳压力。
转炉终点C含量较高，会增加RH脱碳压力，因为RH脱碳能力有限，转炉终点C含量低，根据C-O平衡，O含量高会在RH过程加入大量的Al脱氧，导致Al2O3夹杂的增多，因此C元素的质量百分比控制在0.020-0.040％较合理。
而磷是钢中的重要有害元素，磷对钢的突出危害是冷脆，磷能显著降低钢的韧性，尤其是回火韧性和冲击韧性，低温条件下，韧性的变坏尤为显著。根据国内外先进钢铁企业资料报道，所说将P元素的质量百分比控制在≤0.010％较合适。
转炉出钢温度过高会导致转炉耐材损耗增大，过低需在RH吹氧升温，将导致钢水中夹杂物升高，根据多年现场工作经验针对超低碳钢转炉出钢温度控制在1680-1705℃较合适。
因超低碳钢一般要求成品碳小于等于0.0030％，仅依靠转炉吹炼无法实现，因此必须采用RH真空精炼装置进行深脱碳，步骤S2中将钢水通过RH真空精炼，在RH破空结束时在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量，从而获得洁净度高的钢水包括：
步骤S21：将所述钢水进行自然脱碳后，RH加铝前氧活度控制在≤500ppm，脱碳结束后测温、定氧，根据定氧结果加入铝粒脱氧，加Al前氧活度控制在此范围加入合理的Al粒，可以减少脱氧产物Al2O3夹杂的生成，提高钢水洁净度。
步骤S22：将脱氧后的钢水中加Al 3～4分钟后，再加FeTi70(Ti质量分数为70％的钛铁合金)进行合金化，可减少对该合金的氧化。
步骤S23：将经过合金化后的钢水纯循环4～6分钟进行破真空处理。
步骤S24：在所述破真空处理后，因钢包RH精炼出站顶渣氧化性对中间包钢水的T.[O]含量有着较强的作用，即顶渣TFe含量越高，中间包钢水的T.[O]含量越高，因此需向破空后的渣面加入0.5kg/吨钢高钙铝渣球进行镇静，第二次降低钢水中的TFe，镇静时间为35～40min，进一步降低渣中TFe，从而获得洁净度高的钢水。所述RH真空精炼周期控制在45～50分钟。RH精炼结束温度，第1炉：1590～1600℃(目标：1595℃)，连浇：1585～1595℃(目标：1590℃)。
步骤S3中将洁净度高的钢水通过连铸获得成品包括：
步骤S31：开浇前检查吹氩管路、所有接头完好，确认各管路无漏气现象。
步骤S32：确认钢包长水口机械手机构灵敏可靠，托圈无粘钢，无变形。
步骤S33：保证大包长水口清扫干净、密封垫圈密封效果，发现大包长水口出现裂纹、孔洞以及长水口内部侵蚀严重，及时进行更换。
步骤S34：将所述洁净度高的钢水进行浇铸时，向中间包内部吹入氩气进行保护，当中包钢水重量为20吨时将吹氩管取出；
步骤S35：每炉大包长水口采用浸入式开浇，浇铸过程按照先上套管再开浇，停浇后再摘套管的顺序操作，减少钢水与空气的直接接触，侵入式开浇的同时，在RH真空冶炼将钢水倒入中间包时，控制钢水中的增N量≤3ppm。
在浇铸过程中，向中间包中添加覆盖剂，使得所述覆盖剂覆盖整个中间包液面，并且随浇铸的进行继续补加覆盖剂，防止钢水裸露导致的二次氧化，获得中间包钢水；
步骤S33：将所述中间包钢水进行结晶、冷却、切割后获得成品。结晶器保护渣使用超低碳钢专用保护渣。
在浇注过程中，中间包的温度范围控制在1555～1570℃，中间包的全氧控制在≤30ppm。因为中间包需保证一定的过热度，过热度过低会导致浇铸困难，过高会增加元素偏析，因此合理的中包温度很有必要。中包全氧含量是保证钢水洁净度的一个重要指标，因此需控制此指标在合理范围。
实施例二
本申请实施例中，冶炼铁水初始C含量为4.48％，P含量为0.085％，转炉出钢温度控制为1682℃，终点碳含量为0.039％，P含量为0.0070％，终点氧含量为706ppm，出钢时间为466s，铝矾土加入98.92kg，小粒白灰加入508.1kg，根据氧含量计算加入高钙铝渣球346.1kg，RH到站氧含量为425ppm，到站温度为1632℃，转炉出钢终渣TFe为15.68％，RH结束渣TFe为4.95％，RH结束吊包前渣TFe为3.73％。采用以上的动态两步渣改质工艺后，转炉出钢终渣TFe由15.68％降低至RH结束吊包前渣TFe的3.73％，数据显示，采用本专利的动态两步渣改质工艺，中间包T.[O]可控制在20×10-6以下，因此超低碳钢渣中TFe含量明显降低，起到降低渣氧化性的作用，同时改善钢液洁净度的作用。
实施例三
本申请实施例中，冶炼铁水初始C含量为4.04％，P含量为0.076％，转炉出钢温度控制为1703℃，终点碳含量为0.024％，P含量为0.0097％，终点氧含量为603ppm，出钢时间为510s，铝矾土加入100.03kg，小粒白灰加入488.9kg，根据氧含量计算加入高钙铝渣球330.4kg，RH到站氧含量为427ppm，到站温度为1660℃，转炉出钢终渣TFe为16.21％，RH结束渣TFe为3.4％，RH结束吊包前渣TFe为2.15％。采用以上的动态两步渣改质工艺后，转炉出钢终渣TFe由16.21％降低至RH结束吊包前渣TFe的2.15％，数据显示，采用本专利的动态两步渣改质工艺，中间包T.[O]含量为0.0022％，因此超低碳钢渣中TFe含量明显降低，起到降低渣氧化性的作用，同时改善钢液洁净度的作用。
实施例四
本申请实施例中，冶炼铁水初始C含量为4.55％，P含量为0.079％，转炉出钢温度控制为1686℃，终点碳含量为0.039％，P含量为0.0097％，终点氧含量为329ppm，出钢时间为506s，铝矾土加入94.92kg，小粒白灰加入560.1kg，根据氧含量计算加入高钙铝渣球297.4kg，RH到站氧含量为533ppm，到站温度为1637℃，转炉出钢终渣TFe为15.68％，RH结束渣TFe为4.95％，RH结束吊包前渣TFe为3.73％。采用以上的动态两步渣改质工艺后，转炉出钢终渣TFe由15.9％降低至RH结束吊包前渣TFe的3.67％，数据显示，采用本专利的动态两步渣改质工艺，中间包T.[O]含量为0.0019％，因此超低碳钢渣中TFe含量明显降低，起到降低渣氧化性的作用，同时改善钢液洁净度的作用。
实施例五
本申请实施例中，冶炼铁水初始C含量为4.56％，P含量为0.078％，转炉出钢温度控制为1699℃，终点碳含量为0.038％，P含量为0.0088％，终点氧含量为439ppm，出钢时间为423s，铝矾土加入98.12kg，小粒白灰加入510.1kg，根据氧含量计算加入高钙铝渣球291.2kg，RH到站氧含量为487ppm，到站温度为1639℃，转炉出钢终渣TFe为13.1％，RH结束吊包前渣TFe为3.73％。采用以上的动态两步渣改质工艺后，转炉出钢终渣TFe由13.1％降低至RH结束吊包前渣TFe的3.73％，数据显示，采用本专利的动态两步渣改质工艺，中间包T.[O]含量为0.0020％，因此超低碳钢渣中TFe含量明显降低，起到降低渣氧化性的作用，同时改善钢液洁净度的作用。
实施例六
本申请实施例中，冶炼铁水初始C含量为4.76％，P含量为0.083％，转炉出钢温度控制为1699℃，终点碳含量为0.039％，P含量为0.009％，终点氧含量为506ppm，出钢时间为531s，铝矾土加入97.6kg，小粒白灰加入556.8kg，根据氧含量计算加入高钙铝渣球345kg，RH到站氧含量为529ppm，到站温度为1654℃，转炉出钢终渣TFe为17.2％，RH结束吊包前渣TFe为3.67％。采用以上的动态两步渣改质工艺后，转炉出钢终渣TFe由17.2％降低至RH结束吊包前渣TFe的3.67％，数据显示，采用本专利的动态两步渣改质工艺，中间包T.[O]含量可控制为0.0018％，因此超低碳钢渣中TFe含量明显降低，起到降低渣氧化性的作用，同时改善钢液洁净度的作用。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，由于采用了转炉出钢根据转炉终点氧含量计算加入高钙铝渣球量降低渣中TFe含量，在RH破空结束时，在渣面均匀撒入高钙铝渣球，进一步降低所述渣中的TFe含量的工艺设计，有效的解决了顶渣TFe含量高向钢液传氧、吸附钢液中的Al2O3夹杂能力弱及钢水的可浇性差等技术问题，显著降低了冶炼超低碳钢时钢包顶渣的氧化性，改善了钢水的可浇性，提高了钢水洁净度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超低碳钢的冶炼方法，其特征在于，包括：
将铁水通过转炉冶炼，在转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水；
将所述钢水进行自然脱碳后，RH加铝前氧活度控制在≤500ppm，脱碳结束后测温、定氧，根据定氧结果加入铝粒脱氧；
将脱氧后的钢水中加Al 3～4分钟后，再加FeTi70进行合金化；
将经过合金化后的钢水纯循环4～6分钟进行破真空处理；
在所述破真空处理后，向渣面加入0.5kg/吨钢高钙铝渣球，进行镇静，镇静时间为35～40min，从而获得洁净度高的钢水；
将所述洁净度高的钢水通过连铸获得成品。
2.如权利要求1所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于，所述将铁水通过转炉冶炼获得钢水，转炉出钢时，根据转炉终点氧含量加入高钙铝渣球降低顶渣中的TFe含量包括：
将铁水通过转炉冶炼后，在转炉出钢过程中，向转炉中加入白灰2.0-3.0kg/吨钢及铝矾土0.25-0.75kg/吨钢；
当转炉终点氧含量在500-850ppm范围时，向转炉中加入280-340kg高钙铝渣球来降低顶渣中的TFe含量，从而获得钢水。
3.如权利要求2所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于：
所述白灰、铝矾土及高钙铝渣球在出钢前期就开始随钢流加入，出钢1/5-1/3前加入所有渣料。
4.如权利要求2所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于：
转炉冶炼出钢时，出钢时间控制在≥5分钟，采用滑板挡渣出钢，终点氧活度控制在≤850ppm，炉渣碱度控制在3.5～4.0。
5.如权利要求1-4任一项所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于：
所述钢水中C元素的质量百分比控制在0.020-0.040％，P元素的质量百分比控制在≤0.010％，转炉出钢温度控制在1680-1705℃。
6.如权利要求1所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于：
所述RH真空精炼周期控制在45～50分钟。
7.如权利要求1所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于，所述将洁净度高的钢水通过连铸获得成品包括：
将所述洁净度高的钢水进行浇铸时，向中间包内部吹入氩气进行保护，当中包钢水重量为20吨时将吹氩管取出；
在浇铸过程中，向中间包中添加覆盖剂，使得所述覆盖剂覆盖整个中间包液面，并且随浇铸的进行继续补加覆盖剂，防止钢水裸露导致的二次氧化，获得中间包钢水；
将所述中间包钢水进行结晶、冷却、切割后获得成品。
8.如权利要求7所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于：
所述浇铸过程采用浸入式开浇。
9.如权利要求7所述的超低碳钢的冶炼方法，其特征在于：
在浇注过程中，中间包的温度范围控制在1555～1570℃，中间包的全氧控制在≤30ppm。
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