CN108588333A

CN108588333A - 一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺

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Publication number: CN108588333A
Application number: CN201810829252.3A
Authority: CN
Inventors: 蒲锐; 张云田; 孙作迎; 朱国军; 王刚
Original assignee: Rizhao Baohua New Material Co Ltd
Current assignee: Rizhao Baohua New Material Co Ltd
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: CN105695664B; CN108588333B; CN105695664A; CN108998628A; CN108998628B

Abstract

本发明公开一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺，该工艺的特征是转炉出钢过程中，加入碳粉和复合脱氧剂进行分段脱氧，通过控制脱氧时机和优化出钢脱氧操作过程来降低钢水中全氧含量，使用廉价碳粉和复合脱氧剂代替传统铝铁脱氧剂，可大大降低脱氧成本，同时减少非金属夹杂，该脱氧工艺可使钢中夹杂物级别≤1.5的比例提高至98.21%，连铸絮流率降低至0.32%，吨钢脱氧成本降低1.58元，提高钢品质的同时为企业增加利润空间。

Description

一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺

技术领域

本发明为发明专利申请《一种低成本转炉炼钢脱氧工艺》（申请号：2016102555206）的分案申请，属于炼钢生产技术领域，特别涉及一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺。

背景技术

转炉炼钢冶炼末期钢水溶入过量氧，过量的氧在钢液凝固时析出形成氧化物夹杂和气泡，直接影响铸坯、钢产品的质量。因此在炼钢过程中需要降低转炉终点氧含量，这是钢中夹杂物的源头。目前，国内工业炼钢生产过程中使用脱氧方法主要有：铝脱氧法，在出钢时向钢包内的钢水加入金属铝，这种脱氧法方法比较简单，但脱氧效果不稳定，易生成Al₂O₃类非金属夹杂，该类夹杂颗粒小不易上浮成渣，造成钢中非金属夹杂增加，且铝价格超过1万元/吨，吨钢成本高；碳脱氧法，在出钢前向钢包内加入含碳材料，这种脱氧方法也比较简单，脱氧效果也不稳定，容易产生钢水“翻包”出现安全隐患，且会使钢水增碳；还有硅钙合金脱氧法、芯线脱氧法等方法，这些方法脱氧虽然效果较好，但成本较高。

如专利《转炉炼钢脱氧剂》（申请号：89105941.5）公开出钢前向钢包内投入脱氧剂进行脱氧，脱氧剂成分为(重量％)：65～96％CaC₂，4～35％SiC，该方法由于脱氧能力是Si、Ca＞C，在钢液中Si、Ca先行脱氧，碳容易反应不完全产生增炭；专利《一种低成本电弧炉出钢脱氧工艺》（申请号：CN200710031301）公开采用碳粉预脱氧、硅铁浅脱氧、铝块深脱氧的三步脱氧工艺，该方法虽能降低脱氧成本但是加入大量铝产生Al₂O₃类夹杂，该类夹杂不易成渣去除，且使钢水粘度增加，易造成铸机絮流。

因此转炉脱氧急需要一种新的低成本脱氧技术，净化钢液的同时降低转炉脱氧成本。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺，采用分段脱氧，利用低成本脱氧剂代替部分高成本脱氧剂，在达到同样的脱氧效果下降低转炉脱氧成本，并且能够有效的控制钢中夹杂，稳定产品质量。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺，其特征在于，脱氧工艺步骤包括：

（1）放钢开始计时，出钢20S后开始加入单质碳粉，其中50%随钢流一起加入钢包中，50%通过钢包底吹***从包底吹入钢包中；加碳后底吹流量降低，单质碳粉在出钢后60S时间范围内加完；

（2）碳粉加完间隔20S～30S后，加入复合脱氧剂，全部复合脱氧剂在出钢后180S时间范围内加完；所述的复合脱氧剂成分为40.5～49.3％硅、18.5～26.0％钙、27.7～31.5％钡，还包括1~2%的铝。

上述步骤（1）中单质碳粉加入量为0.17～0.58kg/t。

上述步骤（1）中底吹流量为300m³/h，加碳后底吹流量降低到200 m³/h。

上述步骤（2）中复合脱氧剂加入量为1.2～1.8kg/t。

所述的复合脱氧剂具体的加入时间长短取决于出钢的数量，但需要在出钢后180S时间范围内全部加完。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、产品脱氧效果好，采用分段脱氧工艺，出钢前期加入单质碳粉，保证钢中增碳＜100ppm，避免加入碳粉过量反应不完全增碳的同时脱氧量最大，碳粉利用率50%，达到碳粉脱氧的最佳效果。在出钢180S内加入含40.5～49.3%硅、18.5～26.0%钙、27.7～31.5%钡及0～2%铝，借助转炉出钢良好动力学条件使夹杂物上浮，钢中全氧含量有由48ppm，降低至35ppm，减少13ppm且脱氧及夹杂物控制效果好。

2、脱氧成本低，使用本发明的脱氧方式，铝铁使用量吨钢降低1.57kg，脱氧成本由吨钢14.23元降至12.65元；吨钢脱氧成本降低1.58元，脱氧成本降低有效提高企业的效益空间。

3、有效降低钢中非金属夹杂含量，提高钢水质量，硅钙钡复合脱氧剂中含有0～2%铝成分，有其他铝脱氧相比，用量降低80%以上，同时，钙、钡的存在，能及时将铝脱氧产生夹杂物变性，铝的收得率在80%以上，钢中氧化物夹杂明显减少，钢中夹杂物级别≤1.5的比例由93.32%提高至98.21%；连铸絮流率由1.03%降低至0.32%。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。

根据冶炼时脱氧程度不同，钢分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢。为了更好地进行数据上的比较，对照组和各个实施例选用的钢种都是镇静钢（Q235B/Q345B/A36Cr/SS400Cr/SAE1008B等钢种），但本发明公开的脱氧工艺适用于除超低碳钢（C＜0.04%）、低硅钢（Si＜0.10%）外的所有非铝镇静钢。

对照组

镇静钢（钢种A36Cr）工艺步骤如下：

（1）将钢包开至转炉出钢位，打开底吹***，底吹流量500m³/h；

（2）摇炉放钢开始计时，出钢后期（出钢时间为7min的话，加入时间为出钢4min后）加入1.7kg铝铁脱氧剂脱氧（含铝45%）。

脱氧剂加完后，待放钢结束关闭底吹氩气；钢包开至氩站，打开底吹氩搅拌以使成分、温度均匀，底吹流量300 m³/h；氩站吹氩180S后，定氧、测温、取成分样后，钢包移至LF精炼炉精炼处理。

对照组为工艺改进前发明人摸索的脱氧工艺，使用该方法脱氧存在以下缺陷：①铝铁合金暴露在潮湿的空气中形成原电池，铝作为正极被腐蚀掉，剩下铁会有很多的小孔，容易被粉化，影响使用；②加入铝铁脱氧剂进行脱氧，铝铁脱氧剂价格高，用量大，直接影响吨钢成本；③钢液中[O]与[Al]易发生反应生成Al₂O₃类夹杂呈簇状或串链状，该类夹杂颗粒细小不易上浮排除，在钢水中增大钢水粘度，使钢水流动性变差，易造成出水口内结瘤，从而造成连铸机絮流，影响生产，间接影响吨钢成本；④影响终产品质量，经检测通过该脱氧方法得到的产品，钢中夹杂物级别≤1.5的比例为93.32%，铸机絮流率为1.03%，增加企业经济损失。

实施例1

对于镇静钢（钢种A36Cr）工艺步骤：

（1）将钢包开至转炉出钢位，打开底吹***，底吹流量300m³/h；

（2）摇炉放钢开始计时，出钢20S后开始加入单质碳粉0.58kg/t（吨钢加入量为0.58kg），单质碳粉在出钢后40S时间范围内加完。为了更好的实现碳粉脱氧，加碳后底吹流量降低到200 m³/h，此时碳粉脱氧产生CO气体参与钢水搅拌。此外，为了防止过早加入碳粉造成钢水“翻包”，引起安全事故，一般出钢时间为7min左右，因此加入单质碳粉的适宜时间为出钢后20~60S时间范围内加入，保证碳粉与氧充分接触，提高碳粉脱氧率；

（3）碳粉加完间隔30S后，加入复合脱氧剂1.2kg/t，全部复合脱氧剂在出钢后80S-140S时间范围内加完。所述的复合脱氧剂的成分（质量分数）为49.3%硅、18.5%钙、31.2%钡及1%的铝。碳粉和复合脱氧剂之间的时间间隔为必须要素，其目的在于碳粉与钢中氧成分反应，防止钢中增碳。

脱氧剂加完后，可以根据终产品需求加入所需要的其它合金，待放钢结束后关闭底吹氩气；钢包开至氩站，打开底吹氩搅拌以使成分、温度均匀，底吹流量150m³/h；氩站吹氩180S后，定氧、测温、取成分样后，钢包移至LF精炼炉精炼处理。

本工艺两重脱氧剂的加入时机与脱氧是否能够达到效果密切相关：该脱氧方式按0.17～0.58kg/t比例在出钢后20~60S时间段以内，先加入碳粉，加碳完毕后停顿20～30s，钢包内[C][O]发生反应生成CO气体排出，利于控制钢中增碳＜100ppm，避免加入碳粉过量反应不完全增碳的同时，脱氧量最大，达到碳粉脱氧的最佳效果，且碳粉脱氧利用率＞50%。并且碳粉脱氧产物为CO气体，可以及时从钢液中排出，不会形成新的夹杂物。

本工艺在出钢前期180S内加完复合脱氧剂（40.5～49.5%硅、18.5～26.0%钙、27.0～31.5%钡、及0～2%铝）。本工艺由于在之前用单质碳进行了基础脱氧，因此复合脱氧剂的成分和使用量较现有技术有很大的区别。首先是，本工艺设计中的复合脱氧剂中无铁成分且铝的比例极大地降低，甚至可以没有铝的成分，而现有技术中的铝铁脱氧，会产生大量难去除的三氧化二铝脱氧产物及MnS的生成，夹杂物难以及时上浮去除而残留到钢水中，影响钢水纯净度，使用本工艺脱氧方式脱氧大大降低了铝铁脱氧剂使用量，提高钢水质量、降低铸机絮流概率的同时，降低脱氧成本，为企业提升利润空间。其次Si、Ca、Ba成分比例更趋合理：碱土金属Ca、Ba沸点低，易挥发损失，而Si 可以降低Ca、Ba的挥发损失，提高元素利用率，Ca、Si脱氧产物CaO-SiO₂。Ca的存在增加了Si的溶解度，同时Ca可以使非金属夹杂变性而易于去除，提高了Ca、Si的脱氧利用率，Ba的存在可以提高Ca、Si的脱氧效果和脱硫能力，细化晶粒。此外，现有的含有Si、Ca、Ba成分的复合脱氧剂，加入量多为10~20 kg/t，其原因在于脱氧剂与钢水之间接触面积小，脱氧产物不能及时消散，因此影响了脱氧效率，所以为了达到好的脱氧效果，就不得不增加脱氧剂的使用量，意味着成本提升、产品纯度下降。而本工艺中，采取碳粉先期基础脱氧，并迅速产生有用气体及微细分散颗粒，而CO气体增强钢水扰动，硅、钙、钡在这种扰动的情况下能够与钢水充分混合，脱氧产物不断的快速上浮吸，化学效应与物理效应的叠加，充分发挥钙、钡的脱硫及夹杂物变性能力，可以有效的减少脱氧杂质和MnS的生成，提高了钢水纯净度，进而提高钢水可浇性，减少铸机絮流，提高铸坯质量。并且本工艺，改变了传统脱氧剂在出钢中后期加入的方式，在出钢后20S~180S时间内完成两次脱氧剂加入，实现梯度脱氧，以及化学反应和物理扰动的配合，在保证脱氧的效果上，大大的节约了成本。所述的单质碳粉和复合脱氧剂具体的加入量取决于出钢的数量，因此加入时间长短不一，中试结果表明，只要单质碳粉在出钢后60S时间范围内加完，全部复合脱氧剂在出钢后180S时间范围内加完，既可以达到完满的脱氧效果。本实施例中具体为单质碳粉在出钢后40S加完，全部复合脱氧剂在140S加完。

实施例2

对于镇静钢（钢种Q345B3）脱氧工艺步骤：

（1）将钢包开至转炉出钢位，打开底吹***，底吹流量250m³/h；

（2）摇炉放钢开始计时，出钢40S后开始加入单质碳粉0.36kg/t。加碳后底吹流量降低到150 m³/h，单质碳粉在出钢后60S时间范围内加完；

（3）碳粉加完间隔25S后，加入复合脱氧剂1.5kg/t，全部复合脱氧剂在出钢后80S～130S时间范围内加完；所述的复合脱氧剂的成分（质量分数）为47.5%硅、24.5%钙、28%钡。

本实施例中具体为单质碳粉在出钢后60S加完，全部复合脱氧剂在130S加完。

实施例3

对于镇静钢（钢种Q235B2）脱氧工艺步骤：

（1）将钢包开至转炉出钢位，打开底吹***，底吹流量200m³/h；

（2）摇炉放钢开始计时，出钢58S后开始加入单质碳粉0.17kg/t。加碳后底吹流量降低到100 m³/h，单质碳粉在出钢后60S时间范围内加完；

（3）碳粉加完间隔20S后，加入复合脱氧剂1.8kg/t，全部复合脱氧剂在出钢后130S～180S时间范围内加完；所述的复合脱氧剂的成分（质量分数）为44.4%硅、25.9%钙、27.7%钡及2%铝。

本实施例中具体为单质碳粉在出钢后60S加完，全部复合脱氧剂在180S加完。

实施例4

对于镇静钢（钢种A36Cr）脱氧工艺步骤：

（1）摇炉放钢开始计时，出钢20S后开始加入单质碳粉0.58kg/t，其中50%随钢流一起加入钢包中，50%通过钢包底吹***（底吹流量300m³/h）从包底吹入钢包中。加碳后底吹流量降低到200 m³/h，单质碳粉在出钢后60S时间范围内加完；

（2）碳粉加完间隔30S后，加入复合脱氧剂1.2kg/t，全部复合脱氧剂在出钢后90S～140S时间范围内加完；所述的复合脱氧剂的成分（质量分数）为40.5%硅、26.0%钙、31.5%钡及2%铝。部分碳粉以钢包底吹氩气为介质，吹入钢包底部主要是为了提高碳粉与钢水的接触时间及接触表面积，利于碳与氧反应，提高钢水脱氧利用率；同时，碳粉密度小，加入后漂浮于钢水表面，加入越晚，越不利于与钢中氧反应，但加入过早，碳粉聚集在包底，随着钢水增大，碳反应产生气体排出不及时，后期易发生“翻包”现象，造成安全事故，使用氩气吹入底部有效避免碳粉聚集，且产生气体随着底吹氩气及时排出，可有效避免“翻包”现象发生。本实施例中具体为单质碳粉在出钢后35S加完，全部复合脱氧剂在90S加完。

对照组及四个实施例组的产品结果见下表：

类目	钢中全氧（ppm）	钢水含碳（%）	钢中夹杂物级别≤1.5（%）	铸机絮流率（%）	吨钢成本（元/t钢）
						对照组	48	0.09	93.32%	1.03%	14.23
实施例1	38	0.11	97.86%	0.41%	12.83
						实施例2	35	0.09	98.21%	0.32%	12.65
实施例3	40	0.06	97.29%	0.45%	13.05
						实施例4	36	0.09	98.06%	0.34%	12.69

由上表可以看出，各实施例组的钢中全氧含量明显低于对照组，但是并不影响钢水中的含碳量，脱氧效果肯定。且钢中夹杂物级别≤1.5的比例由93.32%提高至98.21%，连铸絮流率由1.03%降低至0.32%，终产品品质得到了提高。脱氧成本由吨钢14.23元降至12.65元；吨钢脱氧成本降低1.58元，脱氧成本降低有效提高企业的效益空间。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺，其特征在于，脱氧工艺步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种转炉炼钢的低成本脱氧工艺，其特征在于：所述步骤（1）中单质碳粉加入量为0.17～0.58kg/t。

3.根据权利要求1所述的一种低成本转炉炼钢脱氧工艺，其特征在于：所述步骤（1）中底吹流量为300m³/h，加碳后底吹流量降低到200 m³/h。

4.根据权利要求1所述的一种低成本转炉炼钢脱氧工艺，其特征在于：所述步骤（2）中复合脱氧剂加入量为1.2～1.8kg/t。