CN109554605B - 一种ld-rh工艺生产超低碳钢的氧化物夹杂控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种LD‑RH工艺生产超低碳钢的氧化物夹杂控制方法,其在LD转炉出钢前期加入石灰2.0‑3.5kg/t钢,出钢末期加入Al质改质剂0.5~1.2kg/t钢;之后进入RH炉进行真空处理脱碳;脱碳结束,脱氧,加入精炼剂0.3‑2kg/t钢,所述精炼剂的成份为:CaO:50~60wt%,Al2O3:30~40wt%,MgO:2~6wt%,SiO2≤3wt%,TiO2<0.08wt%,FeO≤1wt%,H2O≤0.5wt%;合金化;钢液循环3‑12min,真空精炼过程结束。该方法大大降低了铸坯中的氧化物夹杂数量和成品氧含量,降低了冷轧封锁率,显著地改善了超低碳钢产品质量。
Description
技术领域
本发明属于冶金科学的炼钢工艺技术,具体涉及一种LD-RH工艺生产超低碳钢的氧化物夹杂控制方法。
背景技术
随着技术的进步,用户对钢质量的需求越来越高。对超低碳钢而言,已经出现薄至0.05mm厚度的冷轧成品板需求。超低碳钢冶炼时,转炉冶炼加入的氧(自由氧和化合态氧)是整个冶炼过程最主要的氧源,随后出钢过程中,含大量氧的钢液和钢渣进入钢包。钢液中的氧除用于真空循环精炼脱碳外,都在脱氧过程中形成氧化物夹杂,对钢的品质有害。
从冶炼的角度来看,必须将钢中的夹杂物总量降至极低水平且控制基体中无大颗粒夹杂物存在。冶炼超低碳钢时最广泛采用的工艺流程为LD-RH-CC(转炉冶炼-真空精炼-连铸),终脱氧在RH处理过程中进行,经RH处理后,钢中的大尺寸夹杂大部分可从钢中被除去,总体尺寸可以控制在20μm以下。
对总氧(或夹杂)要求极其严格的钢种而言,要求钢中总氧低于20ppm甚至更低,这时需要进一步研究钢中夹杂物的来源及形成机理,采取相应的控制措施。与冶炼中的其他环节相比,RH炉具备真空环境、动力学条件好,是最理想的氧化物夹杂控制场所。
中国专利CN101736129A公开了一种去除钢液中全氧的方法,该方法在出钢过程加入2.6-3.0kg CaO/t钢;真空脱碳结束,脱氧合金化,从真空室加入粒度3-5mm、成分60-65%CaO(余CaF2)渣料3-5kg/t钢。该专利在出钢过程和后续真空处理过程合计加入的石灰和合成渣量达6-8kg/t钢,这对于LD-RH-CC工艺流程的过程温度控制考验极大,实际生产过程非常难以控制。
中国专利CN101928809A公开了一种RH钢水精炼钢包渣的改质方法,该方法在真空脱碳结束,脱氧结束,从真空室加入粒度1~5mm、成分40~47%CaO-38~45%Al2O3-2~5%Al渣料量0.1~0.5%(钢液量)。该专利强调的工艺效果通过钢中酸溶铝的损失来衡量,但其渣料中本来就含有金属Al,因此其工艺效果难以确定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LD-RH工艺生产超低碳钢的氧化物夹杂控制方法,以减少铸坯中夹杂物数量进而提高连铸结晶器液面波动合格率、减少轧制过程中夹杂物类缺陷的发生率、降低成品氧含量。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:
本发明提供一种LD-RH工艺生产超低碳钢过程中减少氧化物夹杂的精炼剂,其主要成份如下:CaO:50~60wt%,Al2O3:30~40wt%,MgO:2~6wt%,SiO2≤3wt%,TiO2<0.08wt%,FeO≤1wt%,H2O≤0.5wt%。
本发明所述LD-RH工艺生产超低碳钢的氧化物夹杂的控制方法,其包括如下步骤:
1)LD转炉冶炼
LD转炉采用顶底复吹,吹炼结束时钢液中O含量为500~700ppm,C含量为100~500ppm;挡渣出钢,保证钢包渣厚≤50mm,出钢初期向钢液中加入石灰,出钢末期加入Al质改质剂,对钢包顶渣进行脱氧,脱氧后钢包顶渣中氧化性组分含量为:FeO wt%+MnO wt%≤10%,[CaO wt%+MgO wt%]/Al2O3wt%=1.4~1.9;
其中,石灰的加入量为2.0-3.5kg/t钢(每吨钢液加2.0-3.5kg的石灰),Al质改质剂的加入量为0.5~1.2kg/t钢;
2)脱氧后钢液进入RH炉进行RH精炼
在RH炉中,进行真空脱碳处理;真空脱碳处理结束后,加入Al对钢液进行脱氧,再从高位料仓加入精炼剂,所述精炼剂的加入量为0.3~2kg/t钢;钢液纯循环2~10min后,加入合金,调整钢液的主要成份如下:C≤0.05wt%,Si≤0.03wt%,Mn:0.1~1.5wt%,0.02wt%≤Al≤0.1wt%,Ti≤0.15wt%,P≤0.015wt%,S≤0.01wt%,N≤0.003wt%;钢液纯循环3-12min,真空精炼过程结束;
其中,所述精炼剂的主要成份为:CaO:50~60wt%,Al2O3:30~40wt%,MgO:2~6wt%,SiO2≤3wt%,TiO2<0.08wt%,FeO≤1wt%,H2O≤0.5wt%。
进一步,步骤2)中所述精炼剂的粒度为2~10mm。
步骤1)中所述Al质改质剂为铝渣等常用的改质剂。
上述步骤2)中,从高位料仓加入的精炼剂进入钢液,被钢液快速熔化为液态形成液态渣,随着钢液循环,形成的液态渣接触、吸附和吸收钢液中的Al2O3,对钢液进行净化,钢液纯循环2~7min后,加入合金,调整钢液成分至规格范围。在钢液合金化过程中,吸附了钢液中Al2O3的液态精炼剂在钢包钢液中充分上浮至钢包顶渣,被钢包顶渣吸收。
上述步骤2)中,所述精炼剂中含有50~60%的CaO和2~6%的MgO,其中,高含量的CaO和MgO具有如下作用:一方面,在钢液中吸附、吸收Al2O3;另一方面,上浮至钢包顶渣后提高顶渣的碱度,继续吸附、吸收钢液中上浮的Al2O3。所述精炼剂中Al2O3用于调整精炼剂的熔化性能,使得精炼剂加入钢液后能够快速熔化形成液渣,利于Al2O3夹杂的吸附和吸收,为此要求Al2O3含量为30~40%,以保证精炼剂的固相线温度低于1350℃,在1580℃下液相占比≥85%;SiO2呈酸性且化学稳定性不如Al2O3,对夹杂的吸附吸收无促进作用,应予限制;TiO2熔点非常高,在精炼剂形成的熔渣中以固相存在,造成该熔渣流动性差,不利于Al2O3的吸附和吸收,应予限制;FeO在铝脱氧钢中呈氧化性,污染钢液,需严格限制,本发明控制FeO≤1%。
本发明严格控制精炼剂的加入量为0.3~2kg/t钢:从工艺效果来看,较大的加入量使得其有更充分吸附、吸收钢液中Al2O3的机会,且上浮至顶渣后,能够调整钢包顶渣碱度和氧化性,进一步促进Al2O3的吸附吸收,但精炼剂量越大,对钢液的降温作用越显著,综合考虑,本发明要求加入量控制在0.3~2kg/t钢,既能起到良好的精炼效果,又不需要额外调整精炼过程的温度。
本发明为保证精炼剂加入钢液后,能够良好地吸附和吸收钢液中的Al2O3夹杂,加入的精炼剂要求能够快速熔化,故采用预熔渣。较小的精炼剂颗粒有助于快速熔化,但过小的颗粒易被废气带出真空***,利用率降低。因此,本发明要求精炼剂粒度为2~10mm。
本发明的有益效果:
1.本发明在生产超低碳钢时,在RH炉脱氧过程中加入少量的精炼剂即可严格控制氧化物夹杂数量,尤其是Al2O3夹杂数量显著降低。
2.本发明所提供的氧化物夹杂控制方法适用的钢种为超低碳钢类产品,该方法大大降低了铸坯中的氧化物夹杂数量和成品氧含量,降低了冷轧封锁率,显著地改善超低碳钢产品质量。
3.针对LD-RH工艺流程生产超低碳钢,本发明的氧化物夹杂控制方法带来如下工艺效果:1)铸坯中Al2O3面密度显著下降,10炉均值由4.24个/mm2降至3.69个/mm2;2)结晶器液面波动合格率大幅度改善,对应同中间包同钢号常规炉次和全部实验炉次的液面波动合格率平均值±5合格率由92.7%提高至100%;3)成品碳相当的条件下(碳含量为10-14ppm),本发明生产的50炉次氧平均值较常规炉次降低了3.5ppm(由21.3ppm降至17.8ppm),对钢液的洁净效果显著;冷轧封锁率由3.05%降至0.99%,改善显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例对应精炼剂成分,表2为本发明实施例和对比例的氧化物夹杂处理效果对比。
实施例1
转炉吹炼结束,[C]=280ppm,[O]=650ppm,挡渣出钢,保证钢包渣厚≤50mm,出钢初期加入石灰2.2-2.5kg/t钢,末期加入铝渣0.8-1.0kg/t钢,真空处理前钢包顶渣成分(FeO wt%)+(MnO wt%)=6.7%,[(CaO wt%)+(MgO wt%)]/(Al2O3wt%)=1.72,渣厚130mm。
在RH炉中,进行真空脱碳处理,使得钢液中的碳位于成品要求值以下。真空脱碳结束,加入Al对钢液进行脱氧,紧随其后从高位料仓加入精炼剂0.7kg/t钢,精炼剂成分参见表1。钢液纯循环2-7min,钢液合金化,调整钢液成分至规格范围。钢液纯循环5-10min,整个真空精炼过程结束。成品主要组分为:[C]=0.0021%,[Si]=0.011%,[Mn]=0.64%,[Al]=0.045%,[Ti]=0.0047%,[P]≤0.015%,[S]≤0.01%,[N]≤0.003%。
工艺效果(参见表2):铸坯中Al2O3面密度3.44个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率100%,成品氧含量17.0ppm,冷轧封锁率3.90%。与之对应的同中间包常规炉次(对比例1),铸坯中Al2O3面密度3.95个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率97.0%,成品氧含量19.0ppm,冷轧封锁率6.10%。
实施例2
转炉吹炼结束,[C]=340ppm,[O]=580ppm,挡渣出钢,保证钢包渣厚≤50mm,出钢初期加入石灰2.3-2.7kg/t钢,末期加入铝渣0.9-1.2kg/t钢,真空处理前钢包顶渣成分(FeOwt%)+(MnOwt%)=6.5%,[(CaO wt%)+(MgOwt%)]/(Al2O3wt%)=1.77,渣厚132mm。
在RH炉中,进行真空脱碳处理,使得钢液中的碳位于成品要求值以下。真空脱碳结束,加入Al对钢液进行脱氧,紧随其后从高位料仓加入精炼剂1.04kg/t钢,精炼剂成分参见表1。钢液纯循环2-8min,钢液合金化,调整钢液成分至规格范围。钢液纯循环5-11min,整个真空精炼过程结束。成品主要组分为:[C]=0.0014%,[Si]=0.005%,[Mn]=0.16%,[Al]=0.042%,[Ti]=0.051%,[P]≤0.015%,[S]≤0.01%,[N]≤0.003%。
工艺效果(参见表2):铸坯中Al2O3面密度3.7个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率100%,成品氧含量20.0ppm,冷轧封锁率0.00。与之对应的同中间包常规炉次(对比例2),铸坯中Al2O3面密度4.65个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率87.3%,成品氧含量24.8ppm,冷轧封锁率1.5%。
实施例3
转炉吹炼结束,[C]=270ppm,[O]=645ppm,挡渣出钢,保证钢包渣厚≤50mm,出钢初期加入石灰2.5-3.4kg/t钢,末期加入铝渣0.7-0.9kg/t钢,真空处理前钢包顶渣成分(FeOwt%)+(MnOwt%)=6.2%,[(CaO wt%)+(MgOwt%)]/(Al2O3wt%)=1.82,渣厚133mm。
在RH炉中,进行真空脱碳处理,使得钢液中的碳位于成品要求值以下。真空脱碳结束,加入Al对钢液进行脱氧,紧随其后从高位料仓加入精炼剂0.48kg/t钢,精炼剂成分参见表1。钢液纯循环3-7min,钢液合金化,调整钢液成分至规格范围。钢液纯循环6-12min,整个真空精炼过程结束。成品主要组分为:[C]=0.0013%,[Si]=0.0044%,[Mn]=0.155%,[Al]=0.047%,[Ti]=0.052%,[P]≤0.015%,[S]≤0.01%,[N]≤0.003%。
工艺效果(参见表2):铸坯中Al2O3面密度3.55个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率100%,成品氧含量18.0ppm,冷轧封锁率0.00。与之对应的同中间包常规炉次(对比例3),铸坯中Al2O3面密度4.35个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率92.5%,成品氧含量22.0ppm,冷轧封锁率1.90%。
实施例4
转炉吹炼结束,[C]=330ppm,[O]=600ppm,挡渣出钢,保证钢包渣厚≤50mm,出钢初期加入石灰2-2.5kg/t钢,末期加入铝渣0.7-1.0kg/t钢,真空处理前钢包顶渣成分(FeOwt%)+(MnO wt%)=7.8%,[(CaO wt%)+(MgO wt%)]/(Al2O3wt%)=1.65,渣厚120mm。
在RH炉中,进行真空脱碳处理,使得钢液中的碳位于成品要求值以下。真空脱碳结束,加入Al对钢液进行脱氧,紧随其后从高位料仓加入精炼剂0.97kg/t钢,精炼剂成分参见表1。钢液纯循环4-8min,钢液合金化,调整钢液成分至规格范围。钢液纯循环8-12min,整个真空精炼过程结束。成品主要组分为:[C]=0.0012%,[Si]=0.005%,[Mn]=0.15%,[Al]=0.042%,[Ti]=0.049%,[P]≤0.015%,[S]≤0.01%,[N]≤0.003%。
工艺效果(参见表2):铸坯中Al2O3面密度3.42个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率100%,成品氧含量17.0ppm,冷轧封锁率0.00。与之对应的同中间包常规炉次(对比例4),铸坯中Al2O3面密度4.44个/mm2,结晶器液面波动率±5合格率93.5%,成品氧含量22.0ppm,冷轧封锁率2.10%。
由表2可知,LD-RH工艺流程生产超低碳钢中采用本发明开发的氧化物夹杂控制方法可使铸坯中Al2O3面密度显著下降,4炉均值由4.35个/mm2降至3.53个/mm2;2)结晶器液面波动合格率大幅度改善;3)平均碳含量相当的情况下,本发明生产的4炉次氧平均值分别降低了3.95ppm,对钢液的洁净效果显著;4)冷轧封锁率由2.9%降至0.98%,改善显著。可见,本发明提供的氧化物夹杂控制方法降低了成品氧含量、铸坯夹杂物数量进而大幅度提高了连铸结晶器液面波动合格率,减少了轧制过程中夹杂物类缺陷的发生率,适用于采用LD-RH流程超低碳钢的冶炼,在炼钢厂具有推广应用价值。
表1 单位:wt%
钢样 | 炉次 | CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | FeO | H<sub>2</sub>O |
实施例1 | 1 | 52.1 | 39.2 | 5.1 | 1.5 | <0.02 | 0.15 | 0.1 |
实施例2 | 2 | 55.3 | 37.4 | 4.4 | 1.8 | <0.02 | 0.1 | 0.12 |
实施例3 | 3 | 56.2 | 36.5 | 4.2 | 2.2 | <0.02 | 0.08 | 0.22 |
实施例4 | 4 | 58.5 | 35.7 | 2.3 | 2.8 | <0.02 | 0.07 | 0.09 |
表2
备注:对比例为与发明实施例炉次同中间包同钢号的常规炉次,例如对比例1为实施例1炉次同中间包同钢号的常规炉次。
Claims (2)
1.一种LD-RH工艺生产超低碳钢的氧化物夹杂控制方法,包括如下步骤:
1)LD转炉冶炼
LD转炉采用顶底复吹,吹炼结束时钢液中O含量为500~700ppm,C含量为100~500ppm;挡渣出钢,钢包渣厚≤50mm,出钢初期向钢液中加入石灰,出钢末期加入Al质改质剂,对钢包顶渣进行脱氧,脱氧后钢包顶渣中氧化性组分含量为:FeO wt%+MnOwt%≤10%,[CaOwt%+MgO wt%]/Al2O3wt%=1.4~1.9;
其中,所述石灰的加入量为2.0~3.5kg/t钢,所述Al质改质剂的加入量为0.5~1.2kg/t钢;
2)脱氧后钢液进入RH炉进行RH精炼:
在RH炉中,进行真空脱碳处理;真空脱碳处理结束后,加入Al对钢液进行脱氧,再从高位料仓加入精炼剂,精炼剂加入量为0.3-2kg/t钢;钢液纯循环2~10min后,加入合金,调整钢液的主要成份如下:C≤0.05wt%,Si≤0.03wt%,Mn:0.1~1.5wt%,0.02wt%≤Al≤0.1wt%,Ti≤0.15wt%,P≤0.015wt%,S≤0.01wt%,N≤0.003wt%;钢液纯循环3~12min,真空精炼结束;
其中,所述精炼剂的成份如下:CaO:50~60wt%,Al2O3:30~40wt%,MgO:2~6wt%,SiO2≤3wt%,TiO2<0.08wt%,FeO≤1wt%,H2O≤0.5wt%。
2.根据权利要求1所述的氧化物夹杂控制方法,其特征在于,步骤2)中,所述精炼剂的粒度为2~10mm。
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