CN110438389B - 一种高纯净稀土钢生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯净稀土钢生产方法，属于稀土钢生产技术领域。本发明的高纯净稀土钢生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸工序，在RH精炼工序中加入稀土元素，其中RH精炼的初始循环流量控制为2800～3200NL/min，纯脱气4～5分钟以后，循环流量调整为1000～1400NL/min，此时加入稀土元素，纯脱气7～8分钟后复压，复压后镇静11～12分钟后进行浇铸。采用该方法添加稀土，稀土收得率稳定在20‑25％，水口无结瘤，可实现10炉以上连浇。

Description

一种高纯净稀土钢生产方法

技术领域

本发明属于稀土钢生产技术领域，更具体地说，涉及一种CSP流程冶炼工序稀土加入方法。

背景技术

钢水纯净度控制是优质钢制备中的最关键步骤，而夹杂物含量及夹杂物尺寸是钢中纯净度的最重要指标。但由于钢铁产品冶炼生产工序流程长，控制环节较多，因此存在钢中夹杂物含量较高与夹杂物尺寸较大的问题，常常出现钢中全氧含量超过15ppm的情况，并且夹杂物等级也比较高。由于稀土在钢中具有净化钢液、改善夹杂物、合金化改良性能等优点，因此稀土钢的研究越来越受到关注。

但由于受现有冶炼工艺的限制，加入稀土后所得产品中稀土的收得率极不稳定，从而易造成产品性能不稳定，同时稀土元素的加入还容易导致水口结馏，连续生产1炉或者2炉尚有可能，但连浇3炉以上生产较为困难。因此，目前稀土钢的产品并不普遍，如何解决稀土收得率的稳定性及水口结瘤问题，成为制约稀土钢发展的关键环节。

经检索，关于提高稀土收得率稳定性，改善稀土添加效果的专利已有相关公开。

如，中国专利申请号为2017100599806的申请案公开了一种高纯净稀土钢处理方法，该申请案在LF精炼、VD/RH真空处理或软吹三个钢水精炼处理中加入镧铈混合纯稀土，稀土加入量根据钢水中溶解氧O_溶解氧、全氧T.0、硫含量S以及精炼渣碱度R＝CaO/SiO₂、FeO+MnO总含量进行添加，达到稀土净化钢水、变质细小夹杂物的作用效果。但采用该申请案的稀土添加工艺稀土收得率较低(约3.0％～6.6％)，因此其只限定添加稀土元素为镧、铈，对于更活泼的稀土元素，如钕，其收得率将更低。

又如，中国专利申请号为2016106310462的申请案公开了一种钢中添加稀土金属提高性能的方法，采用该申请案的工艺在一定程度上能够解决稀土加入钢中之后导致性能不稳定的问题，并避免水口堵塞。但该申请中只给出了稀土金属的加入量为0.05～1.0kg/t钢，收得率没有体现，而稀土发挥作用稳定性就在于收得率的稳定性，这一点该案例恰恰没有说明；另外该案例加入的稀土金属为镧、铈或镧和铈的混合物，局限于这两种金属，对于性能更活泼的稀土金属，如钕、铕等，使用这种方法效果未知；而且该方法加入前稀土金属制成块，再用洁净密闭容器进行包装，给原料准备带来困难；另外加入稀土后软搅拌时间在10min以上(最优15min)导致温降较大。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服采用现有稀土钢生产工艺易造成稀土收得率不稳定以及水口结馏问题的不足，提供了一种高纯净稀土钢生产方法。本发明通过对稀土加入前、其加入过程及加入后的整个工艺流程进行优化设计，通过前后工序的协调匹配，从而可以有效保证稀土元素的收得率及其收得率的稳定性，并解决水口结馏问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种高纯净稀土钢生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸工序，在RH精炼工序中加入稀土元素，其中RH精炼的初始循环流量控制为2800～3200NL/min，纯脱气4～5分钟以后，循环流量调整为1000～1400NL/min，此时加入稀土元素，纯脱气7～8分钟后复压，复压后镇静11～12分钟后进行浇铸。

更进一步的，所述稀土元素为铈、镧、钕、铕等稀土金属中的任一种或两种及以上的组合，且控制稀土中O、C、S杂质元素含量为：O≤0.0010％，C≤0.0010％，S≤0.0010％，[O+C+S]≤0.0020％。

更进一步的，所述铁水预处理工序中控制铁水脱硫工序扒渣后的铁水裸露面积不低于98％，铁水温度为1320℃～1330℃。

更进一步的，所述转炉冶炼工序中加入洁净废钢，废钢加入比(即废钢加入量占冶炼铁水总量的百分比)严格控制在3-5％，，其成分要求为：C≤0.003％，S≤0.003％，O≤0.003％，[S+O]≤0.005％，Si:0.15～0.20％，Al：0.20～0.30％，Ti≤0.002％，且转炉冶炼结束后控制出钢时间为5～7分钟。

更进一步的，所述转炉冶炼工序根据出钢氧量调整渣配比加入量，当终点氧含量高于300ppm时，控制石灰、合成渣用量配比为(3.2～3.3):1，反之则控制石灰、合成渣用量配比为(2.4～2.5):1。

更进一步的，转炉冶炼出钢1/3时开始加入渣料，出钢2/3时加入完毕，且出钢开始到出钢2/3时氩气量控制在1600～1700NL/min，剩余1/3采用氩气量控制在150-250NL/min。

更进一步的，所述转炉冶炼工序根据出钢氧量向钢包中投入铝粒进行顶渣改质，当氧含量为800-1000ppm，铝粒加入量控制为300～400kg；当氧含量为600-800ppm时，控制铝粒加入量为100～200kg；当氧含量＜600ppm时，控制铝粒加入量为40-70kg。

更进一步的，所述连铸过程控制增氮小于2ppm，其中厚板坯、薄板坯拉坯速度分别为0.8～1.0m/min、2.5～4m/min。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种高纯净稀土钢生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸工序，在RH工序中加入稀土元素，并对稀土元素加入前、加入时的RH精炼循环流量及脱气时间和镇静时间进行优化控制，从而一方面可以有效保证脱气效果，防止产生漩涡现象，另一方面可以有效避免过多的稀土夹杂物残存于钢液中，引起水口堵塞和水口结瘤，并防止稀土收得率急剧降低，有利于保证稀土收得率的稳定性。

(2)本发明的一种高纯净稀土钢生产方法，通过对稀土加入前铁水预处理工序及转炉冶炼工序进行优化设计，从而可以为稀土的加入提供高质量的钢水，稳定稀土加入前的钢水温度与成分，进而有利于进一步保证稀土加入效果。

(3)本发明的一种高纯净稀土钢生产方法，通过前后工序的技术创新及协调匹配，可以实现加入稀土后连浇，且钢中稀土收得率稳定在20-25％，可实现10炉以上连浇，即使当钢中稀土含量达到0.030％时，浇铸过程水口无结瘤，其结果可拓宽至相关品种钢的生产。

具体实施方式

本发明的一种高纯净稀土钢生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸工序，其中在RH精炼工序中加入稀土元素，通过对稀土加入前的冶炼环境、稀土加入过程及稀土加入后处理过程进行优化设计，通过前后工序的技术创新及协调匹配，实现加入稀土后连浇，且稀土加入后可以有效避免水口结瘤现象发生，并能有效保证钢中稀土元素收得率的稳定性。

本发明的具体工艺如下：

(1)铁水预处理

对来料铁水进行预脱硫，硫含量控制在0.002％以下，然后进行扒渣处理，需保证扒渣率，即控制扒渣后的铁水裸露面积不低于98％，以防止渣中杂质进入冶炼工序，同时控制铁水温度为1320℃～1330℃，为后续工序提供合适的温度。

(2)转炉冶炼

由于加入稀土后冶炼周期增加，对S、O、C、N等杂质元素要求提高，因此为了为稀土添加做准备，废钢加入比严格控制在3-5％，远低于普通工艺的8～10％。同时为了提高废钢的杂质元素控制，防止带入过多杂质，降低铁水预处理效果，所述废钢采用自产洁净废钢，其成分控制为：C≤0.003％，S≤0.003％，O≤0.003％，[S+O]≤0.005％，Si:0.15～0.20％，Al：0.20～0.30％，Ti≤0.002％。转炉冶炼结束后控制出钢时间为5～7分钟，同时出钢时钢流不能分散。出钢时间少于5分钟，渣料加入来不及，不均匀；出钢时间大于7分钟，温降较多，后续工序RH温度压力大。

根据出钢氧量调整渣配比加入量，保证出钢过程中石灰全部融化，降低渣中氧化性。具体的，当终点氧含量高于300ppm时，控制石灰、合成渣用量配比为(3.2～3.3):1，反之则控制石灰、合成渣用量配比为(2.4～2.5):1。转炉冶炼出钢1/3时开始加入渣料，出钢2/3时加入完毕，且出钢开始到出钢2/3时氩气量控制在1600～1700NL/min，剩余1/3采用氩气量控制在150-250NL/min。另外，根据出钢氧量向钢包中投入铝粒进行顶渣改质，当氧含量为800-1000ppm，铝粒加入量控制为300～400kg；当氧含量为600-800ppm时，控制铝粒加入量为100～200kg；当氧含量＜600ppm时，控制铝粒加入量为40-70kg。

(3)RH精炼

在RH精炼工序中加入稀土元素，所述稀土元素为铈、镧、钕等稀土金属中的任一种或两种及以上的组合，即使前处理及冶炼工序控制再严格，当加入的稀土本身带入较多的杂质元素时，会产生大量的夹杂物，降低收得率，因此本申请严格控制加入稀土的成分，尤其是C、S、O等杂质元素含量，具体的，本申请中控制稀土中O、C、S杂质元素含量为：O≤0.0010％，C≤0.0010％，S≤0.0010％，[O+C+S]≤0.0020％。

为了保证稀土加入效果，本申请对循环流量及脱气时间进行严格控制。其中RH精炼的初始循环流量控制为2800～3200NL/min，以保证快速脱氧、脱碳、脱氢，若循环流量高于此范围，一是降低真空度，影响脱气效果，二是会产生漩涡现象，进一步降低洁净化效果；若循环流量低于上述范围，则脱氧不彻底，导致加入稀土前氧含量高于30ppm，加入后产生大量细小的稀土氧化物夹杂，遗留至钢中堵塞水口，同时降低稀土合金化效果。经纯脱气4～5分钟内将氢脱至低于1ppm，氧低于30ppm，碳低于20ppm，调整循环流量为1000～1400NL/min，此时加入稀土元素。虽然增加脱气时间亦能进一步增加脱气效果，但冶炼周期增加，导致降低生产效率，同时降低钢水温度，而脱气时间较短，则脱气不彻底。由于RH合金加入后会增加循环流量，加速成分不均匀及夹杂物上浮。因此，本申请中在加入稀土元素时降低循环，从而一方面保证稀土元素能够快速熔化并均匀分布，另一方面可以减少温度损失，避免产生冷钢。

加入稀土元素纯脱气7～8分钟后复压，时间过早将有过多的稀土夹杂物残存于钢液，时间过多则会导致稀土收得率急剧降低。复压后镇静11～12分钟后进行浇铸，镇静时间较长将影响浇注温度及生产节奏，而镇静时间较少稀土夹杂上浮不彻底，从而造成水口结瘤。

(4)连铸

连铸过程控制增氮小于2ppm，厚板坯、薄板坯拉坯速度分别为0.8～1.0m/min、2.5～4m/min，保持节奏稳定性。

本申请通过对铁水预处理至浇铸过程全工序进行精密控制，浇注过程顺利，无水口结瘤现象，能够实现10炉以上连浇，且钢中稀土收得率可稳定在20-25％。由于很多稀土金属的活泼性大于镧、铈，如稀土钕，冶炼过程更易氧化，其收得率极其不稳定，因此现有工艺中活泼稀土金属的添加相对较少，而本申请可成功解决这一技术难题。为了稳定生产，稳定稀土收得率，从铁水预处理至连铸过程的工艺窗口极窄，偏离本工艺控制，均会造成稀土收得率不稳定、或者出现水口结瘤或者影响生产节奏。而本工艺的获得是在200吨转炉-RH精炼的工业化生产中，约几十炉反复验证下获得，已经在耐磨钢、电工钢、船板钢、管线钢等品种钢中进行生产应用，稀土收得率稳定，且无水口结瘤，实现多炉连浇，其结果可拓宽至相关品种钢的生产。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1：

采用200吨转炉进行无取向硅钢冶炼，对来料铁水进行预脱硫，硫含量控制在0.002％以下，进行扒渣处理，裸露面积在98％，铁水温度为1320℃。为了为加稀土进行准备，转炉中废钢加入6吨，废钢采用自产废钢，其成分控制为：C≤0.003％，S≤0.003％，O≤0.003％，[S+O]≤0.005％，Si:0.15％，Al：0.30％，Ti≤0.002％，出钢1/3时加入渣料，2/3时加入完毕，出钢2/3时保证氩气量控制在1700NL/min，剩余1/3采用小流量控制200NL/min；转炉冶炼结束后控制出钢时间为5分钟。

RH循环流量3000NL/min，纯脱气时间4分钟以后，循环流量调整为1200NL/min，此时加入纯稀土钕40kg，纯脱气7分钟复压，镇静12分钟后浇铸。CSP连铸过程控制增氮小于2ppm，拉坯速度为4.0m/min。本实施例中浇注过程顺利，无水口结瘤现象，稀土收得率为20％。

对比例1：

采用200吨转炉进行无取向硅钢冶炼，对来料铁水进行预脱硫，硫含量控制在0.002％以下，进行扒渣处理，裸露面积在98％，温度1320℃。为了为加稀土进行准备，转炉中废钢加入6吨，废钢采用自产废钢，出钢1/3时加入渣料，2/3时加入完毕，出钢2/3时保证氩气量控制在1700NL/min，剩余1/3采用小流量控制200NL/min。RH循环流量3000NL/min，纯脱气时间4分钟以后，循环流量调整为1200NL/min，此时加入纯稀土钕40kg，纯脱气5分钟复压，镇静8分钟后浇铸。CSP连铸过程控制增氮小于2ppm，拉坯速度为4.0m/min。浇铸过程铸机存在絮钢现象，后通过塞棒上涨高度22mm后才完成浇铸，无法连浇。对水口絮状物进行分析，絮钢原因为稀土氧化物和硫化物粘结在水口表面所致。

对比例2：

采用200吨转炉进行无取向硅钢冶炼，对来料铁水进行预脱硫，硫含量控制在0.002％以下，进行扒渣处理，裸露面积在98％，温度1320℃。为了为加稀土进行准备，转炉中废钢加入6吨，废钢采用自产废钢，出钢1/3时加入渣料，2/3时加入完毕，出钢2/3时保证氩气量控制在1700NL/min，剩余1/3采用小流量控制200NL/min。RH循环流量3000NL/min，纯脱气时间4分钟以后，环流量调整为1200NL/min，此时加入纯稀土钕40kg，纯脱气10分钟复压，镇静15分钟后浇铸。CSP连铸过程控制增氮小于2ppm，拉坯速度为4.0m/min。浇铸过程顺利，无水口结瘤现象，但稀土收得率仅为3.8％。

实施例2：

采用200吨转炉进行无取向硅钢冶炼，对来料铁水进行预脱硫，硫含量控制在0.002％以下，进行扒渣处理，裸露面积在99％，铁水温度为1330℃。为了为加稀土进行准备，转炉中废钢加入6吨，废钢采用自产废钢，其成分控制为：C≤0.003％，S≤0.003％，O≤0.003％，[S+O]≤0.005％，Si:0.20％，Al：0.20％，Ti≤0.002％，出钢1/3时加入渣料，2/3时加入完毕，出钢2/3时保证氩气量控制在1600NL/min，剩余1/3采用小流量控制150NL/min；转炉冶炼结束后控制出钢时间为7分钟。

RH循环流量3200NL/min，纯脱气时间5分钟以后，循环流量调整为1400NL/min，此时加入稀土铈和镧共40kg，纯脱气8分钟复压，镇静11分钟后浇铸。厚板坯连铸过程控制增氮小于2ppm，拉坯速度为1.0m/min。本实施例中浇注过程顺利，无水口结瘤现象，稀土收得率为25％。

实施例3：

采用200吨转炉进行无取向硅钢冶炼，对来料铁水进行预脱硫，硫含量控制在0.002％以下，进行扒渣处理，裸露面积在96％，铁水温度为1325℃。为了为加稀土进行准备，转炉中废钢加入6吨，废钢采用自产废钢，其成分控制为：C≤0.003％，S≤0.003％，O≤0.003％，[S+O]≤0.005％，Si:0.18％，Al：0.26％，Ti≤0.002％，出钢1/3时加入渣料，2/3时加入完毕，出钢2/3时保证氩气量控制在1670NL/min，剩余1/3采用小流量控制250NL/min；转炉冶炼结束后控制出钢时间为6分钟。

RH循环流量2800NL/min，纯脱气时间4分钟以后，循环流量调整为1000NL/min，此时加入稀土铈、镧、钕共40kg，纯脱气8分钟复压，镇静12分钟后浇铸。CSP连铸过程控制增氮小于2ppm，拉坯速度为3.5m/min。本实施例中浇注过程顺利，无水口结瘤现象，稀土收得率为22％。

Claims (5)

1.一种高纯净稀土钢生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸工序，其特征在于：在RH精炼工序中加入稀土元素，其中RH精炼的初始循环流量控制为2800~3200NL/min，纯脱气4~5分钟以后，循环流量调整为1000~1400NL/min，此时加入稀土元素，纯脱气7~8分钟后复压，复压后镇静11~12分钟后进行浇铸；所述铁水预处理工序中控制铁水脱硫工序扒渣后的铁水裸露面积不低于98%，铁水温度为1320℃~1330℃；所述连铸过程控制增氮小于2ppm，其中厚板坯拉坯速度为0.8~1.0 m/min，薄板坯拉坯速度为2.5~4.0 m/min；所述转炉冶炼工序根据出钢氧量调整渣配比加入量，当终点氧含量高于300ppm时，控制石灰、合成渣用量配比为（3.2~3.3）:1，反之则控制石灰、合成渣用量配比为（2.4~2.5）:1。

2.根据权利要求1所述的一种高纯净稀土钢生产方法，其特征在于：所述稀土元素为铈、镧、钕、铕中的任一种或两种及以上的组合，且控制稀土中O、C、S杂质元素含量为： O≤0.0010%，C≤0.0010%，S≤0.0010%，[O+ C+ S] ≤0.0020%。

3.根据权利要求1或2所述的一种高纯净稀土钢生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序中加入洁净废钢，废钢加入比严格控制在3-5%，其成分要求为：C≤0.003%，S≤0.003%，O≤0.003%，[S+O] ≤0.005%，Si:0.15~0.20%，Al：0.20~0.30%，Ti≤0.002%，且转炉冶炼结束后控制出钢时间为5~7分钟。

4.根据权利要求3所述的一种高纯净稀土钢生产方法，其特征在于：转炉冶炼出钢1/3时开始加入渣料，出钢2/3时加入完毕，且出钢开始到出钢2/3时氩气量控制在1600~1700NL/min，剩余1/3采用氩气量控制在150-250 NL/min。

5.根据权利要求3所述的一种高纯净稀土钢生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序根据出钢氧量向钢包中投入铝粒进行顶渣改质，当氧含量为800-1000ppm，铝粒加入量控制为300~400 kg；当氧含量为600-800ppm时，控制铝粒加入量为100~200 kg；当氧含量＜600ppm时，控制铝粒加入量为40-70kg。