CN110205443A

CN110205443A - 一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法

Info

Publication number: CN110205443A
Application number: CN201910542407.XA
Authority: CN
Inventors: 徐建飞; 王昆鹏; 王郢; 万文华; 屈志东; 屠兴圹; 来永彪; 孟晓玲
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2039-06-21
Also published as: CN110205443B

Abstract

本发明属于炼钢工艺技术领域，涉及一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法，本发明采用“BOF‑LF‑RH‑CC”工艺路线。采用常规碱度(R＝5.0～10.0)进行精炼，通过控制合金类型和加入时机，可达到抑制LF过程Al₂O₃夹杂物向钙铝酸盐转变目的，从而实现精炼结束前钢中Al₂O₃系夹杂物控制，然后借助RH真空，可高效化去除Al₂O₃系夹杂物，成品T.O可控制在8ppm以内。

Description

一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，特别涉及到含硅铝脱氧钢超低氧冶炼控制方法。

背景技术

随着钢铁冶炼技术的发展，对钢水洁净度的要求亦越来越高，特别是对夹杂物要求很高的汽车用钢。对于高碳钢，由于真空条件下钢水C能进一步降低溶解氧含量，因此，采用LF-RH精炼工艺，容易将高碳钢如GCr15总氧(T.O)控制在8ppm以内。但对于C<0.25％的低碳钢，采用相同的生产工艺，成品T.O仅控制到10～15ppm，很难控制在8ppm以内。

经检索，国内外发表的专利和论文主要从强化LF精炼如采用高碱度高还原性精炼渣、强化RH真空操作如延迟真空处理时间、控制高真空度等降低钢水总氧含量。中国专利申请号CN201110403479.X“一种超低氧化夹杂物钢的生产方法”提出采用RH-LF-RH精炼工艺生产超低氧钢，采用这种方法虽然可以将轴承钢总氧控制到5ppm，但是工艺繁琐、生产成本较高，很难广泛应用到工业生产中。中国专利申请号CN201811167952.7“一种无Ds类夹杂物的轴承钢钢液脱氧控制方法”指出采用低碱度精炼渣生产低铝含量轴承钢，T.O可以控制在10ppm以下。这种方法只适用于高碳轴承钢，在真空条件下利用碳来降低溶解氧，最终达到控制T.O目的。对于低碳钢，采用这种方法很难实现超低氧冶炼。中国专利申请号CN201310456419.3“一种抗HIC/SSCC用钢的冶炼方法”提出采用高碱度高还原性精炼渣，先将LF过程夹杂物变性为液态钙铝酸盐，然后借助RH将其去除以实现超低氧冶炼目的，这种方法认为液态钙铝酸盐要更容易从钢液中被去除，但是液态夹杂物与钢液的润湿角要显著低于固态夹杂物，即液态钙铝酸盐夹杂物要比固态夹杂物更难被去除，因此，采用这种方法，很难将低碳钢T.O控制到8ppm以下。文献“Investigation on the removal efficiencyof inclusions in Al-killed liquid steel in different refining processes”指出固态Al₂O₃夹杂物在RH过程中去除效率远远高于钙铝酸盐，由于LF过程渣钢反应难以避免，夹杂物很容易由Al₂O₃转变为钙铝酸盐，因此，为了保证RH真空处理前夹杂物为Al₂O₃，提出采用BOF-RH-CC工艺生产低碳管线钢。但是，对于大部分钢种，取消LF精炼炉，RH处理结束钢水温度难以满足连铸浇铸要求，因此，许多钢种都要在RH处理前先进行LF处理。但是，若先采用LF精炼，夹杂物很容易由Al₂O₃转变为钙铝酸盐，目前还没有相应的专利或文献给出抑制LF过程Al₂O₃向钙铝酸盐转变的方法。基于这一控制难点，中国专利申请号CN201611126263.2“一种提高钢水纯净度的管线钢冶炼工艺”提出在RH真空处理中向钢液中吹氧，这一操作可以使钙铝酸盐重新转变为Al₂O₃，但是由于吹氧后Al₂O₃夹杂物数量密度急剧增大，因此，必须要额外延长真空处理时间才能将钢液中绝大部分Al₂O₃去除掉。

为此，针对采用“BOF-LF-RH-CC”工艺生产低碳含硅铝镇静钢，本发明提供一种抑制LF过程Al₂O₃夹杂物向钙铝酸盐转变方法，然后借助RH真空，可高效化去除Al₂O₃系夹杂物，最终实现超低氧冶炼目的。

发明内容

本发明目的是开发一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法，这种方法能够替代传统的冶炼方法，很容易实现低碳钢超低氧冶炼，并显著提高产品质量等级。

所述钢种质量百分比成分为:C:0.05～0.25％、Si:0.15～0.25％、Mn:0.3～1.5％、S:0.005～0.015％、Al:0.015～0.04％，其余为铁和残余元素。

一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法，其特征在于该工艺包含以下几个要点：

(一)转炉终点温度控制在1610～1660℃，终点S控制在0.015％以下；转炉出钢先加130kg铝饼进行脱氧，随后加锰铁、低氮增碳剂进行合金化，出钢过程不加任何含硅合金如硅铁、硅锰、电解硅，合金加入后再加入600kg/炉石灰和100kg/炉萤石进行造渣。

(二)LF进站先对钢水升温6～10min，升温至1550℃以上时对钢水取样然后进行成分分析，待成分检测结果反馈到操作室后向钢液中加入铝粒以控制钢水Al含量为0.025～0.05％，并加锰铁、低氮增碳剂调整Mn和C含量，精炼渣碱度控制在5.0～10.0，渣中(TFe+MnO)含量控制在1.20％以下。LF过程不加任何含硅合金如硅铁、硅锰、电解硅，LF末期若钢液Al含量较低，可继续加铝粒调整钢液Al含量为0.030～0.045％。钢包底吹氩流量控制在400L/min以下。

(三)RH进站开始抽真空，真空度在3000Pa以下时向真空室中加电解硅，电解硅一次性加入到位，然后不加任何合金和渣料，真空总处理时间控制在20～25min，真空处理后进行少量钙处理，软吹时间≥15min。

(四)连铸采用全程保护浇铸。

经申请人研究不同类型夹杂物在RH过程中的去除效率，发现固态夹杂物，特别是固态Al₂O₃夹杂物，其去除效率要远高于液态夹杂物。在常规LF-RH精炼工艺中，尽管LF处理前夹杂物为Al₂O₃，但是通过LF处理，夹杂物很容易向钙铝酸盐转变，因而降低了其在后续RH过程中的去除效率。此外，通过前期研究与工业试验结果，发现硅铁合金和钢水Si含量能够促进LF过程Al₂O₃夹杂物向钙铝酸盐转变，这是因为国内生产的硅铁合金会含有少量金属钙，同时在LF钢包底吹Ar条件下，钢水Si含量可以促进渣钢反应导致炉渣向钢液中传钙，因此，为了实现精炼结束时钢中夹杂物仍然为Al₂O₃，提出出钢和LF过程不加任何含硅合金，同时基于RH过程渣钢反应很弱，提出在RH真空处理中加入电解硅进行Si合金化。由于出钢和LF过程不加任何含硅合金，使得LF过程钢水Si含量很低，因此，采用常规炉渣碱度便可以抑制LF过程Al₂O₃夹杂物向钙铝酸盐转变，最终实现LF结束时钢中Al₂O₃系夹杂物控制。

本发明的一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法，步骤(一)中终点S控制在0.015％以下，主要是减轻LF过程脱硫负担。步骤(一)和(二)中不加任何含硅合金，主要是因为钢水Si含量能够促进LF过程渣钢反应，导致钢水增钙。步骤(三)中采用电解硅进行Si合金化，主要是因为普通硅铁合金含有少量金属钙。

本发明由于在RH破空时已实现超低氧冶炼，破空后可以喂入少量硅钙线保证钢水可浇性，钙处理工艺不影响成品总氧值。经生产实践检验，实施本发明方法，可以将成品总氧控制到8ppm以内。

本发明的进步效果是:通过对硅铁合金类型和加入时机等进行控制，可以将精炼结束时夹杂物控制为Al₂O₃,部分夹杂物含有少量CaO和MgO，进而通过后续RH真空实现超低氧冶炼目的，T.O可以控制在8ppm以下，钢材B类和Ds夹杂物可以控制在0.5级甚至0级，经济效果显著。

附图说明

图1为实施例1LF结束钢中夹杂物分析图；

图2为实施例2LF结束钢中夹杂物分析图；

图3为对比例1LF结束钢中夹杂物分析图；

图4为对比例2LF结束钢中夹杂物分析图。

具体实施方式

采用130吨转炉、130吨精炼炉、130吨RH炉生产20钢。

实施例1:

成品钢成分C：0.21％、Si:0.18％、Mn:0.40％、S:0.009％、Al:0.025％。

采用顶底复吹转炉，原料为铁水和废钢，废钢比为15％，铁水预处理后碳含量为4.12％，硫含量为0.003％。转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1638℃，终点S控制在0.012％，终点C含量为0.085％，转炉出钢时先加130kg铝饼、400kg低碳锰铁、50kg低氮增碳剂，然后加入600kg石灰和100kg萤石。

LF前10min只对钢水进行升温，升温至1554℃进行钢水取样，取样后8min成分检测结果反馈到主控室，然后加入150kg铝粒、120kg低碳锰铁和110kg低氮增碳剂，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min。LF末期补加30kg铝粒，精炼结束Al含量为0.039％。

LF结束炉渣成分见表1(单位：％)：

表1：

LF结束钢中夹杂物为固态Al₂O₃，夹杂物中含有少量MgO和CaO，如图1：

RH真空度在1000Pa时向真空室加入210kg电解硅，然后不加任何合金和渣料，真空总处理时间控制在24min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为18min。

连铸采用全程保护浇铸。

冶炼过程中钢水总氧变化为:LF结束总氧为19.7ppm、RH破空总氧为7.6ppm，成品总氧为7.2ppm。

实施例1制备的低碳钢进行夹杂物检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗0级、B细0级、C粗0级、C细0级、D粗0.5级、D细0.5级、Ds0.5级。

实施例2:

成品钢成分为:C：0.20％、Si:0.21％、Mn:0.43％、S:0.006％、Al:0.028％。

采用顶底复吹转炉，原料为铁水和废钢，废钢比为17％，铁水预处理后碳含量为4.07％，硫含量为0.004％。转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1647℃，终点S控制在0.014％，终点C含量为0.097％，转炉出钢时先加130kg铝饼、400kg低碳锰铁、50kg低氮增碳剂，然后加入600kg石灰和100kg萤石。

LF前7min只对钢水进行升温，升温至1558℃进行钢水取样，取样后6min成分检测结果反馈到主控室，然后加入120kg铝粒、140kg低碳锰铁和130kg低氮增碳剂，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min。LF末期补加50kg铝粒，精炼结束Al含量为0.044％。

LF结束炉渣成分见表2(单位：％)：

表2：

LF结束钢中夹杂物为固态Al₂O₃,夹杂物中含有少量MgO和CaO，如图2：

RH真空度在1000Pa时向真空室加入220kg电解硅，然后不加任何合金和渣料，真空总处理时间控制在23min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为21min。

冶炼过程钢水总氧变化为:LF结束总氧为17.6ppm、RH破空总氧为7.1ppm，成品总氧为7.3ppm。

连铸采用全程保护浇铸。

实施例2制备的低碳钢进行夹杂物进行检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗0.5级、B细1.0级、C粗0级、C细0级、D粗0.5级、D细0.5级、Ds0级。

对比例1

成品钢成分为:C：0.20％、Si:0.20％、Mn:0.40％、S:0.005％、Al:0.026％。

采用顶底复吹转炉，原料为铁水和废钢，废钢比为16％，铁水预处理后碳含量为3.92％，硫含量为0.003％。转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1629℃，终点S控制在0.011％，终点C含量为0.078％，转炉出钢加130kg铝饼、350kg硅铁、480kg低碳锰铁、50kg低氮增碳剂，然后加入600kg石灰和100kg萤石。

LF前8min只对钢水进行升温，升温至1553℃进行钢水取样，取样后7min成分检测结果反馈到主控室，然后加入140kg铝粒、80kg低碳锰铁和110kg低氮增碳剂，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min。LF末期补加20kg铝粒，精炼结束Al含量为0.041％。

LF结束炉渣成分见表3(单位：％)：

表3：

LF结束钢中夹杂物为液态或半液态CaO-Al₂O₃-MgO，如图3：

RH不加任何合金和渣料，真空处理时间为22min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为25min。

冶炼过程钢水总氧变化为:LF结束总氧为16.7ppm、RH破空总氧为12.5ppm，成品总氧为12.1ppm。

连铸采用全程保护浇铸。

对比例1制备的钢材进行夹杂物进行检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗1.0级、B细1.5级、C粗0级、C细0级、D粗1.0级、D细1.0级、Ds1.5级。

对比例2

成品钢成分为:C：0.22％、Si:0.18％、Mn:0.41％、S:0.006％、Al:0.029％。

采用顶底复吹转炉，原料为铁水和废钢，废钢比为17％，铁水预处理后碳含量为4.10％，硫含量为0.003％。转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1622℃，终点S控制在0.014％，终点C含量为0.095％，转炉出钢加130kg铝饼、480kg低碳锰铁、50kg低氮增碳剂，然后加入600kg石灰和100kg萤石。

LF前10min只对钢水进行升温，升温至1561℃进行钢水取样，取样后8min成分检测结果反馈到主控室，然后加入150kg铝粒、95kg低碳锰铁和120kg低氮增碳剂，全程底吹Ar流量控制在300～400L/min。LF处理约30min加入360kg硅铁合金。LF末期补加35kg铝粒，精炼结束Al含量为0.044％。

LF结束炉渣成分见表4(单位：％)：

表4：

LF结束钢中夹杂物为液态或半液态CaO-Al₂O₃-MgO，如图4：

RH不加任何合金和渣料，真空处理时间为20min，真空处理后喂入50m硅钙线，软吹时间为28min。

冶炼过程钢水总氧变化为:LF结束总氧为17.2ppm、RH破空总氧为13.1ppm，成品总氧为13.2ppm。

连铸采用全程保护浇铸。

对比例2制备的钢材进行夹杂物进行检测，采用GB/T10561检验标准，其夹杂物评级为：

钢材B粗1.0级、B细2.0级、C粗0级、C细0级、D粗1.0级、D细1.0级、Ds1.5级。

Claims

1.一种低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法，其特征在于，将低碳钢钢种采用BOF-LF-RH-CC工艺进行冶炼，包括以下步骤：

(1)转炉采用常规吹炼方法，转炉终点温度控制在1610～1660℃，终点S控制在0.015％以下；

(2)转炉出钢先加铝进行脱氧，随后加锰铁、低氮增碳剂进行合金化，然后再加入石灰和萤石进行造渣；

(3)LF过程不需要向渣面上加脱氧剂进行渣面脱氧，渣中(TFe+MnO)主要是通过与钢液中Al反应被控制，(TFe+MnO)含量控制在1.20％以下，精炼渣碱度控制在5.0～10.0，精炼结束Al含量控制为0.030～0.045％；

(4)RH进站开始抽真空，真空度在3000Pa以下向真空室中加电解硅，然后不加任何合金和渣料，真空总处理时间控制在20～25min；

(5)连铸采用全程保护浇铸。

2.根据权利要求1所述的超低氧中低碳钢冶炼方法，其特征在于：所述的低碳钢产品成分为：C:0.05～0.25％、Si:0.15～0.25％、Mn:0.3～1.5％、S:0.005～0.015％、Al:0.015～0.04％，其余为铁和残余元素。

3.根据权利要求1所述的低碳钢超低氧冶炼方法，其特征在于：所述步骤(3)LF过程中，全程底吹氩流量控制在400L/min以下。

4.根据权利要求1所述的低碳钢超低氧冶炼方法，其特征在于：所述的电解硅全部在步骤(4)中加入，出钢和LF过程不加任何含硅合金；所述含硅合金为硅铁、硅锰或电解硅。

5.根据权利要求1所述的低碳含硅铝镇静钢超低氧冶炼方法，其特征在于：所述的步骤(4)真空处理后进行少量钙处理，软吹时间≥15min。