CN107699654A - 一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法 - Google Patents

一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，采用铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→转炉炉后CAS位炉渣钙处理→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→RH工序采用铝丝预脱氧→LF精炼炉铝丝、铝线脱氧、石灰造渣→CCM的工艺流程，通过铁水脱硫扒渣，转炉出钢留氧制度和造渣制度，转炉炉后CAS位对炉渣进行钙处理，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，RH出钢前向渣面加30～50Kg铝丝进行预脱氧，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硫，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥冶金热力学和动力学条件，使LF炉在30分钟内将钢水中的硫含脱至0.0010%以内，钢水硫含量控制稳定，铸坯质量良好。

Description

一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶金领域的一种炼钢工艺，具体的说是一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法。
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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，有效解决冶炼过程中超低碳钢炉渣氧化性强从而影响脱硫时间的技术问题，提高脱氧脱硫效率，实现钢水中[S]≤0.0010％。
发明人通过研究发现，由于生产的实际情况，满足连铸连续浇钢的要求，LF炉必须在30min内完成脱硫和合金化的任务，但超低碳钢的特点是钢水氧化性强，采用先RH后LF工序需要留氧操作，造成钢水与炉渣中氧含量过高，脱硫前脱氧时间长，LF很难在规定时间内完成脱硫和合进化的任务，因此，本发明以脱硫理论为分析基础，合理搭配工序间的生产节奏，对炉渣进行改性，通过反复的试验验证，获得了本发明超低碳钢快速脱硫的生产工艺。
本发明实现以上发明目的的技术方案是：
一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，该方法工艺流程包括：采铁水倒罐→铁水预处理→转炉出钢留氧操作→转炉炉后CAS位炉渣钙处理→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→LF精炼脱硫→CCM；其中：
转炉出钢留氧操作中，出钢过程加300～500Kg锰铁，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氧含量值加入铝块，所述TSO氧含量单位为ppm，加入铝块后，钢水中氧含量控制在300～500ppm，铝块加入量单位为Kg，铝块加入量具体为：
当TSO氧含量≥1300ppm时，每增加100ppm氧增加铝块10Kg；
转炉炉后CAS位炉渣钙处理中，转炉出钢结束后钢包开到CAS位，钢包底吹氩气流量控制在30～50Nl/min，通过CAS炉喂丝机喂入100～150米纯钙线，喂线速率为10～20m/min，喂丝机出口处采用螺旋式导引，确保丝线喂入渣面，有效去处炉渣中的氧，喂丝结束后钢水吊至RH炉，进行真空脱碳处理；
RH炉合金化及真空脱气中，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，真空处理结束后，底吹氩气流量调整至30～50Nl/min，向渣面均匀抛洒30～50Kg铝丝，对炉渣进行预脱氧，等待行车吊至LF进行精炼脱硫。
这样，本发明采用铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→转炉炉后CAS位炉渣钙处理→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→RH工序采用铝丝预脱氧→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，转炉炉后CAS位对炉渣进行钙处理，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，RH出钢前向渣面加30～50Kg铝丝进行预脱氧，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硫，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥脱硫的冶金热力学和动力学条件，实现钢水中[S]≤0.0010％。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中RH炉真空脱碳中，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，碳氧反应结束，加入铝丸200～220Kg/炉进行深脱氧，继续真空保持2～3min，整个过程底吹氩气流量控制在5～15Nl/min。
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中LF精炼脱硫包括：
前期操作：钢水到LF炉处理工位后，调整钢包底吹流量400～500Nl/min，供电化渣2～3min后加入石灰2.0～2.2kg/吨钢、铝丝0.2～0.3kg/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，加入石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢1～1.5Kg，铝丝加入量0.1～0.2kg/吨钢，脱硫过程控制氩气流量300～350Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线过程控制氩气流量20～30Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.04～0.05％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，加入石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢1.0～1.2Kg，铝丝0.1～0.2kg/吨钢，脱硫过程控制氩气流量300～350Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线过程控制氩气流量20～30Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.04％～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。
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中转炉入炉铁水经脱硫预处理并扒渣干净，要求S的质量百分比[S]≤0.002％，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。
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中严格控制转炉出钢过程中的下渣量≤2kg/t，防止钢包顶渣过氧化。
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中控制转炉吹炼终点温度大于1680℃，终点C的质量百分比[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5Kg，石灰加入量吨钢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％。
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中转炉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。
前述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其中LF炉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10～60Nl/min。
本发明的有益效果是：本发明通过铁水脱硫扒渣，转炉出钢留氧制度和造渣制度，转炉炉后CAS位对炉渣进行钙处理，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，RH出钢前向渣面加30～50Kg铝丝进行预脱氧，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硫，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥脱硫的冶金热力学和动力学条件，有效解决了转炉留氧操作造成的炉渣氧化性强的不利条件，在不影响RH脱碳、去气的条件下对炉渣的不断脱氧改性，从而缩短了LF造渣时间，LF白渣时间由15分钟缩短到现在的5～8分钟，脱硫合金化时间达到可控的30分钟以内，稳定了生产节奏；LF炉处理结束后，钢水中硫含量均能控制在[S]≤0.0010％。，渣中全铁含量控制在0.50％以内。经试验验证，采用本发明方法，成功解决了BOF→RH→LF工艺的超低碳钢快速脱硫的生产难题，为批量工业化生产抗酸性管线钢提供技术保证。
附图说明
图1为超低碳钢快速脱硫的冶炼方法流程图。
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。
本发明公开了一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，采用：铁水倒罐→铁水预处理→转炉留氧操作→转炉炉后CAS位炉渣钙处理→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→RH工序采用铝丝预脱氧→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，转炉炉后CAS位对炉渣进行钙处理，RH炉真空脱碳、合金化、脱气控制，RH出钢前向渣面加30～50Kg铝丝进行预脱氧，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硫，冶炼过程全程合理的钢包氩气底吹控制，充分发挥脱硫的冶金热力学和动力学条件，实现钢水中[S]≤0.0010％。
超低碳钢快速脱硫的冶炼方法流程如图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]≤0.002％，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：CaO 55％～65％、Al2O3 27％～37％、SiO2≤8.0％、H2O≤0.5％、N≤0.05％)加入量吨钢5Kg，石灰加入量吨钢3Kg。
(4)出钢留氧。出钢过程加300Kg锰铁，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。
(6)钢包开到CAS位，钢包底吹氩气流量控制在30～50Nl/min，通过CAS炉喂丝机喂入100～150米纯钙线，喂线速率为10～20m/min，喂丝过程采用低速喂入，喂丝机出口处采用螺旋式导引，确保丝线喂入整个渣面，有效去处炉渣中的氧，喂丝结束后钢水吊至RH炉，进行真空脱碳处理。
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，真空结束钢包开至测温、取样、加料位置。
(3)真空处理结束后，钢包开至加料位置，此时钢水中的氧含量达到最低，炉渣中氧偏高，会存在扩散现象，需要对炉渣中的氧进行微脱氧处理，将底吹氩气流量调整至30～50Nl/min，向渣面均匀抛洒30～50Kg铝丝，对炉渣进行预脱氧，等待行车吊至LF进行精炼脱硫。
(4)LF炉前期操作。钢水到LF炉处理工位后，调整钢包底吹流量400～500Nl/min。供电化渣2～3min后加入石灰2kg/吨钢、铝丝0.2kg/吨钢，取样分析，下电极升温。
(5)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，铝丝小于0.2kg/吨钢，脱硫过程氩气流量300～350Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线控制氩气流量20～30Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.04～0.05％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。
(6)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，铝丝小于0.2kg/吨钢，脱硫过程氩气流量300～350Nl/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0.04％～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。
(7)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，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X60MS管线钢种，在150吨转炉、150吨钢包炉冶炼情况。其X60MS管线钢化学成分见表1，整个冶炼过程控制如下：
表1X60MS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；钢包开至炉后CAS位后喂入100～150米钙线，喂限速率10～20m/min，保证钙线在渣面或钢渣界面反应。
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，RH处理结束后将底吹氩气调流量调整至30～50Nl/min，保证钢水不外翻，向渣面均匀抛洒30～50Kg铝丝。
表4RH到站温度和合金化情况
表5RH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，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：
该工艺通过转炉CAS炉对炉渣进行钙处理，RH炉真空结束后加铝丝进行炉渣脱氧工艺，在钢水到达LF精炼处理前有效降低炉渣氧含量，减少了LF超低硫处理时间，LF处理时间缩短至30min以内，LF精炼处理后的终渣颜色泛白，渣中全铁含量控制在0.3％以内，炉渣具有较强的还原性，采用改冶炼工艺的脱硫率在90％以上，并且满足了现场多炉次连续浇铸的要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，该方法工艺流程包括：采铁水倒罐→铁水预处理→转炉出钢留氧操作→转炉炉后CAS位炉渣钙处理→RH炉真空脱碳→RH炉合金化及真空脱气→LF精炼脱硫→CCM；其特征在于：
所述转炉出钢留氧操作中，出钢过程加300Kg～500Kg锰铁，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氧含量值加入铝块，所述TSO氧含量单位为ppm，加入铝块后，钢水中氧含量控制在300～500ppm，铝块加入量单位为Kg，铝块加入量具体为：
当TSO氧含量≥1300ppm时，每增加100ppm氧增加铝块10Kg；
所述转炉炉后CAS位炉渣钙处理中，转炉出钢结束后钢包开到CAS位，钢包底吹氩气流量控制在30～50Nl/min，通过CAS炉喂丝机喂入100～150米纯钙线，喂线速率为10～20m/min，喂丝机出口处采用螺旋式导引，确保丝线喂入渣面，有效去处炉渣中的氧，喂丝结束后钢水吊至RH炉，进行真空脱碳处理；
所述RH炉合金化及真空脱气中，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，真空处理结束后，底吹氩气流量调整至30～50Nl/min，向渣面均匀抛洒30～50Kg铝丝，对炉渣进行预脱氧，等待行车吊至LF进行精炼脱硫。
2.根据权利要求1所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：所述RH炉真空脱碳中，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，碳氧反应结束，加入铝丸200～220Kg/炉进行深脱氧，继续真空保持2～3min，整个过程底吹氩气流量控制在5～15Nl/min。
3.根据权利要求1所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：所述LF精炼脱硫包括：
前期操作：钢水到LF炉处理工位后，调整钢包底吹流量400～500Nl/min，供电化渣2～3min后加入石灰2.0～2.2kg/吨钢、铝丝0.2～0.3kg/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，加入石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢1～1.5Kg，铝丝加入量0.1～0.2kg/吨钢，脱硫过程控制氩气流量300～350Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线过程控制氩气流量20～30Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.04～0.05％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，加入石灰和铝丝造渣脱硫，石灰加入量吨钢1.0～1.2Kg，铝丝0.1～0.2kg/吨钢，脱硫过程控制氩气流量300～350Nl/min，喂铝线调整钢液铝含量，喂铝线过程控制氩气流量20～30Nl/min，铝线喂入量：以冶炼过程钢水中铝含量保持在0.04％～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。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：转炉入炉铁水经脱硫预处理并扒渣干净，要求S的质量百分比[S]≤0.002％，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。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：严格控制转炉出钢过程中的下渣量≤2kg/t，防止钢包顶渣过氧化。
6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：控制转炉吹炼终点温度大于1680℃，终点C的质量百分比[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5Kg，石灰加入量吨钢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％。
7.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：转炉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。
8.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的超低碳钢快速脱硫的冶炼方法，其特征在于：LF炉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10～60Nl/min。
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