CN109280734A - 一种中高合金超低磷钢的冶炼方法 - Google Patents

一种中高合金超低磷钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中高合金超低磷钢的冶炼方法，本发明采用转炉双渣深脱磷工艺，在转炉第一渣冶炼时，将氧压降至0.75～0.80MPa，利用铁水低温下降低氧压的方法提高第一渣冶炼脱磷效率，并在第一渣冶炼结束时倒出55～70%的脱磷渣；第二渣冶炼时，采用专门的钡基脱磷剂，利用其磷容量高的特性进一步提高第二渣冶炼的脱磷效率，同时其形成的钡基脱磷渣稳定性高，能够有效防止出钢过程及出钢后的磷渣回磷，进而保证成品钢种中的磷含量达到超低磷钢的要求；本发明方法实现了超低磷中高合金钢的较低成本稳定冶炼生产，为相关品种的研发生产提供可靠的冶金过程和效果保障，也为其它超低磷钢种的研发提供了坚实基础。

Description

一种中高合金超低磷钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种中高合金超低磷钢的冶炼方法。
背景技术
目前通常将成品磷含量≤0.005%的钢种称为超低磷钢。
通常来讲，磷是钢中有害元素，磷可以改善钢水的流动性，并明显加大固、液两相区，使钢水在凝固过程中产生严重的一次偏析，使固态下易偏析的γ固溶体区变窄。磷在钢的凝固过程中偏析于晶粒之间，形成高磷脆性层，降低钢的塑性和韧性，使钢易于产生脆性裂纹，低温下尤其明显。而具体到综合性能中，磷还降低钢的焊接性能，同时易引发氢致裂纹和应力腐蚀裂纹。在热处理过程中，磷增加钢的回火脆性敏感性、引起冷脆现象。在生产中对钢材的表面质量也有不利影响。
转炉冶炼过程中的强氧化性环境、大渣量、高碱度渣系和顶底复吹搅拌等条件是钢液脱磷的有利因素，因此，脱磷是转炉冶炼的主要任务之一，通过转炉冶炼脱磷也是目前效果最佳、成本最低、应用最广泛的途径，氧化脱磷属于放热反应，而转炉冶炼前期钢水温度相对较低，更利于高效脱磷。
由于转炉氧化脱磷反应是吸热过程，而入炉铁水温度一般在1400℃以下，因此，在转炉前期脱磷具有相对更好的热力学条件。在实际的生产实践中，有大量的基于转炉双渣法和双联法进行钢水深脱磷的成功案例，双联炼钢法虽然可将钢水冶炼至0.003%以下的超低磷水平，但是设备要求高，冶炼过程复杂，生产周期长，总体成本偏高，目前仍不是行业内炼钢生产的主流，通过中外专利数据库平台查询结果，结合中国期刊网数据库中相关论文的内容，目前单转炉深脱磷生产超低磷钢的冶炼方法可总结如下：
1）采用磷含量低于0.12%的低磷铁水，为超低磷生产提供较好原料条件。
2）采用两次或三次造渣冶炼工艺，冶炼前期通过氧枪枪位和供氧强度控制，在较低温度范围内造碱性高氧化脱磷渣，并通过倒炉倒出前期富磷渣，之后再进行脱碳冶炼（实际由于温度控制原因，三次造渣基本不可能在当今转炉冶炼生产中稳定实现）。
3）转炉冶炼终点适当降低出钢温度，保证较好的脱磷热力学条件，并做好出钢挡渣，减少后续精炼过程中的回磷。
针对含有Ni、Cr、Mn总量5～10%的中高合金钢的冶炼，由于合金总量较大，镍板可随废钢入炉，但出钢过程中加入铬、锰合金则容易出现明显的增磷现象，成品磷含量的控制有更大的难度，特别是成品目标磷≤0.005%的中高合金钢种冶炼难度很高，采用目前的双渣冶炼方法很难达到超低磷含量目标。
发明内容
本发明的目的就是针对目前中高合金（5%≤Ni+Cr+Mn≤10%）钢的冶炼过程中，采用常规冶炼方法不能满足特定钢种成品超低磷含量目标要求的问题，提供一种中高合金超低磷钢的冶炼方法。本发明是在单转炉双渣冶炼条件下，通过铁水原料成分和温度控制、氧枪优化设计以及枪位和供氧强度控制、调渣剂和脱磷剂加入控制、出钢过程控制等，在入炉铁水磷含量0.08～0.12%的条件下，出钢磷含量达到0.0030～0.0035%的范围，成品磷含量达到0.0035～0.0040%的范围。
本发明的一种中高合金超低磷钢的冶炼方法，包括下述步骤：
（1）在转炉中按常规方法加入适量废钢，并按比例配足镍铁合金入炉，之后兑入铁水，铁水兑入转炉前温度≥1250℃，铁水中硅的质量百分比含量为0.3%～0.6%，铁水磷的质量百分比含量为0.08%～0.12%；
（2）第一次造渣吹炼开始时，先按照15～18kg/t钢加入活性石灰，吹炼开始180s内加入4～6kg/t钢的石灰石，之后控制枪位为1.65m进行低强度吹炼，控制氧压为0.75～0.8MPa，供氧强度为2.5～2.8Nm3/t·min，底吹为超强底吹模式，底吹强度为0.06～0.08 Nm3/t·min；在吹炼180s～300s时间内，加入生白云石和氧化铁皮降温，二者合计加入量为5～8kg/t钢，且需要在第一次吹炼结束前120s之内加完，吹炼至420～480s时，结束第一次吹炼，控制吹炼结束温度为1340～1380℃，炉渣二元碱度CaO/SiO2为2.0～2.5，渣中TFeO含量为12～16%，结束后提枪倒炉，倒出第一次吹炼富磷渣量的55～70%；
（3）摇正炉体，进行第二次造渣吹炼，开始时向转炉中分2批加入12～15kg/t的活性石灰，枪位控制在1.5m，氧压控制在0.95～1.0MPa，供氧强度控制在3.2～3.5Nm3/t·min，底吹为强底吹模式，底吹强度为0.04～0.06 Nm3/t·min，吹炼180s后，向炉内分2～3批加入钡基脱磷剂，钡基脱磷剂的总加入量为10～15kg/t钢，同时进行转炉脱碳及后续操作，在吹氧结束前180s内，加完所有渣料，冶炼全过程吹氧总时间为900~960s，控制终渣二元碱度CaO/SiO2为3.2～3.8，转炉终点碳含量≤0.05%，终点温度为1600～1620℃，终点磷含量为0.0030～0.0035%；
（4）出钢过程中依次加入硅锰、锰铁、铬铁等合金，采用滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm，钡基脱磷剂生成磷酸钡稳定性高于磷酸钙，加上下渣量小，可以有效减少后续精炼过程中回磷状况的发生，成品钢种中磷的质量百分含量为0.0035～0.0040%。
所述钡基脱磷剂是由下述质量百分含量的成分组成：BaCO3：60～65%，CaCO3：15～20，SiO2：8～10%，FeO：5～8，硫酸钡：3～5%，上述各原料之和为100%。
所述转炉为130t顶底复吹转炉。
本发明的工艺原理是：利用转炉双渣冶炼工艺，第一渣冶炼时降低氧压，低温低氧压提高脱磷效率，第二渣冶炼时加入本发明的钡基脱磷剂，利用钡基脱磷剂的磷容量高的特点，提高第二渣冶炼脱磷效率，同时利用钡基脱磷渣稳定性高的特点，减少出钢过程及出钢后精炼过程中的回磷，实现转炉深脱磷，达到冶炼终点磷含量≤0.0035%的目标；同时结合滑板挡渣出钢，减少下渣量，使成品钢中磷的质量百分含量为0.0035～0.0040%。
本发明方法相对传统冶炼方法而言，具有下述优点：
（1）转炉双渣深脱磷工艺与出钢滑板挡渣、出钢后钡基脱磷渣的应用等工艺、设备与渣料相结合，使深脱磷工艺过程可控，结果稳定；
（2）转炉冶炼终点钢液磷含量0.0030～0.0035%的范围，成品磷含量达到0.0035～0.0040%的范围，磷含量控制优于行业同类钢种现有水平。
本发明方法可实现超低磷（成品磷0.004%）中高合金钢的较低成本稳定冶炼生产，为相关品种的研发生产提供可靠的冶金过程和效果保障；同时，本发明方法在提高炼钢环节技术水平的同时，也为其它超低磷钢种的研发提供了坚实基础。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，为了更好的体现本发明的创造性，下述实施例1～5是在130t顶底复吹转炉的中采用本发明方法冶炼的具体情况，对比实施例1～2是采用常规双渣冶炼法的具体情况。
下表1为本发明各实施例及对比例冶炼方法中主要工艺参数的取值列表。
下表2为本发明各实施例中钡基脱磷剂的配方取值列表。
本发明的一种中高合金超低磷钢的冶炼方法，包括下述步骤：
（1）在转炉中按常规方法加入适量废钢，并按比例配足镍铁合金入炉，之后兑入铁水，铁水兑入转炉前温度≥1250℃，铁水中硅的质量百分比含量为0.3%～0.6%，铁水磷的质量百分比含量为0.08%～0.12%； 本实施例中所用转炉为130t顶底复吹转炉；
（2）第一次造渣吹炼开始时，先按照15～18kg/t钢加入活性石灰，吹炼开始180s内再加入4～6kg/t钢的石灰石，之后控制枪位为1.65m进行低强度吹炼，控制氧压为0.75～0.8MPa，供氧强度为2.5～2.8Nm3/t·min，底吹为超强底吹模式，底吹强度为0.06～0.08Nm3/t·min；在吹炼180s～300s时间内，加入生白云石和氧化铁皮降温，二者合计加入量为5～8kg/t钢，且需要在第一次吹炼结束前120s之内加完，吹炼至420～480s时，结束第一次吹炼，控制吹炼结束温度为1340～1380℃，炉渣二元碱度CaO/SiO2为2.0～2.5，渣中TFeO含量为12～16%，结束后提枪倒炉，倒出第一次吹炼富磷渣量的55～70%；
（3）摇正炉体，进行第二次造渣吹炼，开始时向转炉中分2批加入12～15kg/t的活性石灰，枪位控制在1.5m，氧压控制在0.95～1.0MPa，供氧强度控制在3.2～3.5Nm3/t·min，底吹为强底吹模式，底吹强度为0.04～0.06 Nm3/t·min，吹炼180s后，向炉内分2～3批加入钡基脱磷剂，钡基脱磷剂的总加入量为10～15kg/t钢，同时进行转炉脱碳及后续操作，在吹氧结束前180s内，加完所有渣料，控制终渣二元碱度CaO/SiO2为3.2～3.8，转炉终点碳含量≤0.05%，终点温度为1600～1620℃，终点磷含量为0.0030～0.0035%；
（4）出钢过程中依次加入硅锰、锰铁、铬铁等合金，采用滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm，钡基脱磷剂生成磷酸钡稳定性高于磷酸钙，加上下渣量小，可以有效减少后续精炼过程中回磷状况的发生，成品钢种中磷的质量百分含量为0.0035～0.0040%。
所述钡基脱磷剂是由下述质量百分含量的成分组成：BaCO3：60～65%，CaCO3：15～20，SiO2：8～10%，FeO：5～8，硫酸钡：3～5%，上述各原料之和为100%。
表1 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表
表2 本发明各实施例中钡基脱磷剂的配方成分列表
结果分析：通过本发明实施例1～5与对比例1、对比例2的工艺参数对比及成品钢种中磷含量的对比，可以看出采用本发明冶炼方法，成品钢种中磷含量稳定在0.0035～0.0040%，达到超低磷钢的磷含量要求，而对比例1、2中磷含量均远高于0.0040%，不能达到超低磷钢的要求。上述结果也是由本发明实施例1～5的冶炼工艺与对比例1、对比例2的冶炼工艺不同所带来的，具体分析如下：本发明实施例1～5在转炉第一渣冶炼时，将氧压降至0.75～0.80MPa，而对比例1～2均是采用常规氧压0.95～1.0MPa，降低氧压，在铁水温度较低时更有利于脱磷，从而提高第一渣冶炼时的脱磷效率，并在第一渣冶炼结束时倒出55～70%的脱磷渣；第二渣冶炼时，采用专门的钡基脱磷剂，利用其磷容量高的特性进一步提高第二渣冶炼的脱磷效率，同时其形成的钡基脱磷渣能够有效防止回磷，进而保证成品钢种中的磷含量达到超低磷钢的要求。
上述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明，任何人在依据本发明权利要求的原理下对本发明方法进行的同等替换、类似改进、放大或缩小，均应视为落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种中高合金超低磷钢的冶炼方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）在转炉中按常规方法加入适量废钢，并按比例配足镍铁合金入炉，之后兑入铁水，铁水兑入转炉前温度≥1250℃，铁水中硅的质量百分比含量为0.3%～0.6%，铁水磷的质量百分比含量为0.08%～0.12%；
（2）第一次造渣吹炼开始时，先按照15～18kg/t钢加入活性石灰，吹炼开始180s内加入4～6kg/t钢的石灰石，之后控制枪位为1.65m进行低强度吹炼，控制氧压为0.75～0.8MPa，供氧强度为2.5～2.8Nm3/t·min，底吹为超强底吹模式，底吹强度为0.06～0.08 Nm3/t·min；在吹炼180s～300s时间内，加入生白云石和氧化铁皮降温，二者合计加入量为5～8kg/t钢，且需要在第一次吹炼结束前120s之内加完，吹炼至420～480s时，结束第一次吹炼，控制吹炼结束温度为1340～1380℃，炉渣二元碱度CaO/SiO2为2.0～2.5，渣中TFeO含量为12～16%，结束后提枪倒炉，倒出第一次吹炼富磷渣量的55～70%；
（3）摇正炉体，进行第二次造渣吹炼，开始时向转炉中分2批加入12～15kg/t的活性石灰，枪位控制在1.5m，氧压控制在0.95～1.0MPa，供氧强度控制在3.2～3.5Nm3/t·min，底吹为强底吹模式，底吹强度为0.04～0.06 Nm3/t·min，吹炼180s后，向炉内分2～3批加入钡基脱磷剂，钡基脱磷剂的总加入量为10～15kg/t钢，同时进行转炉脱碳及后续操作，在吹氧结束前180s内，加完所有渣料，控制终渣二元碱度CaO/SiO2为3.2～3.8，转炉终点碳含量≤0.05%，终点温度为1600～1620℃，终点磷含量为0.0030～0.0035%；
（4）出钢过程中依次加入硅锰、锰铁、铬铁等合金，采用滑板挡渣出钢，严格控制下渣量，出钢后钢水罐内渣厚≤40mm，钡基脱磷剂生成磷酸钡稳定性高于磷酸钙，加上下渣量小，可以有效减少后续精炼过程中回磷状况的发生，成品钢种中磷的质量百分含量为0.0035～0.0040%。
2.根据权利要求1所述的一种中高合金超低磷钢的冶炼方法，其特征在于：所述钡基脱磷剂是由下述质量百分含量的成分组成：BaCO3：60～65%，CaCO3：15～20，SiO2：8～10%，FeO：5～8，硫酸钡：3～5%，上述各原料之和为100%。
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