CN114107595A - 一种获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，通过转炉出钢过程中控制脱氧剂加入，即不采用铝脱氧，采用硅锰合金和电石进行炉后脱氧，出钢后成分中除Al元素外其他化学成分出钢时调整到位，将精炼渣碱度控制在1.0～3.0之间，精炼升温过程中控制钢包底吹氩气流量，氩气流量小于100L/min，钢水温度达到要求后通过铝线一次性将Al含量调整到位，从而获得固态Al2O3夹杂物，将钢水转运至RH真空槽进行处理。本发明针对含铝钢采用的“BOF‑LF‑RH‑CC”工艺流程生产过程，通过在LF精炼工序将夹杂物控制为固态Al2O3，有效地控制LF精炼工序结束前低熔点钙铝酸盐的产生，并通过RH真空高效去除Al2O3夹杂物，确保钢水洁净度高、夹杂物少。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，尤其是一种获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺。
背景技术
铝镇静钢中Al元素不仅在冶炼过程作为脱氧剂，同时可细化晶粒，改善钢材的性能。在铝镇静钢生产过程中，铝脱氧生产的固态Al2O3易上浮去除，尤其在真空处理过程中，大量研究表明，Al2O3夹杂物的去除效率极高。但在冶炼过程中，很难将钢中夹杂物控制为固态Al2O3，尤其在精炼过程中，含钙合金促进固态Al2O3夹杂物向钙铝酸盐夹杂物转变、渣钢反应导致渣中CaO被钢中Al还原形成钙铝酸盐，低熔点钙铝酸盐不仅上浮困难，而且在真空处理过程中去除效率低，易形成大尺寸Ds夹杂物。随着高附加值产品的增加，产品的洁净度要求越来越严格，采用常规工艺生产的产品很难满足高洁净度的要求。
目前，为提高钢水的洁净度，通常在精炼过程造高碱度高还原性渣，同时通过延长真空处理时间、提高提升气体流量、降低极限真空度、延长钢水软吹时间以促进夹杂物的上浮。而铝脱氧钢中，极易生成低熔点钙铝酸盐，从而造成Ds夹杂物超标的问题。精炼结束前将夹杂物控制为固态Al2O3成为当前研究的课题，现有技术中，一般通过控制合金的加入时机和炉渣碱度，达到抑制LF过程中Al2O3夹杂物向钙铝酸盐转变的目的，实现精炼结束前钢中Al2O3系夹杂物的控制，然后借助RH真空高效去除，但该方法是在炉后加入Al块进行脱氧，精炼过程中Al易还原渣中Ca，尤其在氩气搅拌强度较大情况，导致精炼结束部分夹杂物向钙铝酸盐转变，不能全部得到Al2O3或Al2O3和少量MgO夹杂物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，以实现在精炼结束前将夹杂物控制为固态Al2O3，再通过真空处理将夹杂物去除而获得高洁净度钢水的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，通过控制钢中Ca的来源，避免钢中夹杂物转变为钙铝酸盐，一方面控制通过合金的加入时机，避免合金中含有的少量钙促进夹杂物转变；另一方面通过控制精炼过程中Al含量和氩气流量控制，避免发生2[Al]+3(CaO)＝(Al2O3)+3[Ca]的化学反应。
具体步骤如下：
1)、转炉出钢温度控制在1600～1660℃之间，出钢S≤0.025％；为保证转炉出钢过程中合金及渣料加入后熔化均匀，精炼快速造渣，故转炉出钢温度控制在1600～1660℃之间，由于精炼过程中需控制钢中Al含量，同时精炼过程碱度较低，不利于精炼脱硫，故转炉出钢S≤0.025％；
2)、转炉出钢时间控制在3～6min，出钢30s时开始加入硅铁、硅锰、锰铁合金和增碳剂，最后加入石灰和萤石进行造渣；出钢过程中采用硅锰、硅锰进行合金化和脱氧，从而有效的控制钢中Al含量；
3)、LF过程中钢包氩气流量小于100L/min，精炼渣面禁止采用Al粒进行脱氧，采用电石进行脱氧，加入萤石和冰晶石进行化渣，LF结束前精炼渣碱度(CaO/SiO2)控制在1.0～3.0之间；精炼升温过程中，通过控制氩气强度，防止精炼过程卷渣，同时降低钢渣反应发生。
4)、钢水升温达到目标要求后，通过喂Al线将Al含量调整到位，钢水转运至RH真空槽进行处理；由于出钢过程及精炼过程不采用Al进行脱氧，确保调整Al之前其含量小于0.005％，有效避免钢中Al还原CaO。
5)、RH真空槽的处理时间为15～25min，提升气体流量≥60m3/h，极限真空度≤120Pa；RH处理结束后喂30～50m钙线进行钙处理，对钢中少量尺寸小、未去除的Al2O3夹杂物进行变性处理，保证连铸浇铸过程的稳定性，喂钙线后软吹时间≥10min。
6)、连铸全程采用保护浇注。
本发明所述含铝钢产品化学成分按质量百分比计，其成分配比为C:0.05～0.40、Si:0.10～0.45、Mn:0.35～1.80、Al:0.010～0.050、S≤0.025，其余为铁和残余元素。
本发明的有益效果是：本发明通过转炉炉后合金添加将成分调整到位，不采用Al进行脱氧，控制精炼过程氩气搅拌强度和炉渣碱度，精炼结束前在将Al一次性调整到位，从而获得固态Al2O3夹杂物，通过RH真空处理后高效去除，确保钢水的纯净度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为实施例1中RH真空处理前钢中夹杂物示意图。
图2为实施例2中RH真空处理前钢中夹杂物示意图。
图3为实施例3中RH真空处理前钢中夹杂物示意图。
图4为对比实施例1中RH真空处理前钢中夹杂物示意图。
图5为对比实施例2中RH真空处理前钢中夹杂物示意图。
图6为对比实施例3中RH真空处理前钢中夹杂物示意图。
具体实施方式
下面结合含铝钢采用130吨顶底复吹转炉、130吨LF精炼炉、130吨RH真空炉和10机10流160mm×160mm断面的生产实施例对本发明作进一步详述，其中未作限定的条件为常规条件。
实施例1
转炉吹炼结束，出钢温度1635℃，出钢S:0.012％，出钢30s开始依次加入605kg硅锰、180kg硅铁、562kg锰铁、320kg增碳剂、500kg石灰和250kg萤石，出钢时间5min，出钢结束后取样。
精炼升温前将氩气流量调整为60L/min，并测温1535℃，升温过程中加入100kg石灰进行造渣，并加入120kg电石进行渣面脱氧，钢水温度1602℃时停止升温，一次性喂入300m铝线，喂Al线结束后钢水转运至RH真空处理，精炼结束炉渣成分如表1所示(单位/％)。
表1
RH处理前夹杂物为Al2O3，如图1所示。
RH提升气体流量70m3/h，真空处理18min，喂30m钙线进行处理，处理结束后软吹15min。
钢水上连铸浇铸前测温1580℃(该产品液相线温度1504℃)，连铸全程采用保护浇注。
精炼过程Al含量变化为：精炼进站升温前0.002％、精炼升温结束0.001％、喂Al线后0.036％、RH处理结束0.030％。
该炉钢成品化学成分C:0.34％、Si:0.14％、Mn:0.80％、P:0.011％、S:0.010％、Al:0.030％，其余为铁和残余元素。
该炉钢轧制后取轧材进行夹杂物检测，检测面积50mm2，检测夹杂物尺寸≥1um，检测结果夹杂物数量75个。
实施例2
转炉吹炼结束，出钢温度1628℃，出钢S:0.015％，出钢30s开始依次加入760kg硅锰、270kg硅铁、100kg增碳剂、500kg石灰和200kg萤石，出钢时间4.5min，出钢结束后取样。
精炼升温前将氩气流量调整为50L/min，并测温1548℃，升温过程中加入50kg石灰进行造渣，并加入80kg电石进行渣面脱氧，钢水温度1618℃时停止升温，一次性喂入180m铝线，喂Al线结束后钢水转运至RH真空处理，精炼结束炉渣成分如表2所示(单位/％)。
表2
RH处理前夹杂物为Al2O3，如图2所示。
RH提升气体流量80m3/h，真空处理20min，喂40m钙线进行处理，处理结束后软吹12min。
钢水上连铸浇铸前测温1585℃(该产品液相线温度1514℃)，连铸全程采用保护浇注。
精炼过程Al含量变化为：精炼进站升温前0.001％、精炼升温结束0.002％、喂Al线后0.018％、RH处理结束0.016％。
该炉钢成品化学成分C:0.19％、Si:0.28％、Mn:0.46％、P:0.013％、S:0.012％、Al:0.016％，其余为铁和残余元素。
该炉钢轧制后取轧材进行夹杂物检测，检测面积50mm2，检测夹杂物尺寸≥1um，检测结果夹杂物数量62个。
实施例3
转炉吹炼结束，出钢温度1645℃，出钢S:0.009％，出钢30s开始依次加入1320kg硅锰、1610kg锰铁、80kg增碳剂、500kg石灰和150kg萤石，出钢时间4min，出钢结束后取样。
精炼升温前将氩气流量调整为55L/min，并测温1525℃，升温过程中加入100kg石灰进行造渣，并加入120kg电石进行渣面脱氧，钢水温度1606℃时停止升温，一次性喂入300m铝线，喂Al线结束后钢水转运至RH真空处理，精炼结束炉渣成分如表3所示(单位/％)。
表3
RH处理前夹杂物为Al2O3，如图3所示。
RH提升气体流量90m3/h，真空处理25min，喂30m钙线进行处理，处理结束后软吹20min。
钢水上连铸浇铸前测温1569℃(该产品液相线温度1508℃)，连铸全程采用保护浇注。
精炼过程Al含量变化为：精炼进站升温前0.001％、精炼升温结束0.001％、喂Al线后0.045％、RH处理结束0.039％。
该炉钢成品化学成分C:0.22％、Si:0.20％、Mn:1.60％、P:0.011％、S:0.007％、Al:0.039％，其余为铁和残余元素。
该炉钢轧制后取轧材进行夹杂物检测，检测面积50mm2，检测夹杂物尺寸≥1um，检测结果夹杂物数量51个。
对比实施例1
转炉吹炼结束，出钢温度1640℃，出钢S:0.016％，出钢30s开始依次先加入130kg铝块进行脱氧，后加入620kg硅锰、150kg硅铁、580kg锰铁、300kg增碳剂合金化，最后500kg石灰和200kg萤石进行造渣，出钢时间6min，出钢结束后取样。
精炼升温前将氩气流量调整为90L/min，并测温1528℃，升温过程中加入50kg石灰和200kg石英砂进行造渣，并加入50kg铝粒进行渣面脱氧，钢水温度1610℃时停止升温，钢水转运至RH真空处理，精炼结束炉渣成分如表4所示(单位/％)。
表4
RH处理前夹杂物为Al2O3-MgO-CaO，如图4所示。
RH提升气体流量100m3/h，真空处理20min，喂50m钙线进行处理，处理结束后软吹20min。
钢水上连铸浇铸前测温1585℃(该产品液相线温度1504℃)，连铸全程采用保护浇注。
精炼过程Al含量变化为：精炼进站升温前0.010％、精炼升温结束0.027％、RH处理结束0.022％。
该炉钢成品化学成分C:0.35％、Si:0.19％、Mn:0.76％、P:0.020％、S:0.015％、Al:0.022％，其余为铁和残余元素。
该炉钢轧制后取轧材进行夹杂物检测，检测面积50mm2，检测夹杂物尺寸≥1um，检测结果夹杂物数量145个。
对比实施例2
转炉吹炼结束，出钢温度1625℃，出钢S:0.016％，出钢30s开始依次加入750kg硅锰、265kg硅铁、90kg增碳剂、500kg石灰和200kg萤石，出钢时间5min，出钢结束后取样。
精炼升温前将氩气流量调整为260L/min，并测温1540℃，升温过程中加入80kg石灰进行造渣，并加入120kg电石进行渣面脱氧，钢水温度1620℃时停止升温，一次性喂入200m铝线，喂Al线结束后钢水转运至RH真空处理，精炼结束炉渣成分如表2所示(单位/％)。
表5
RH处理前夹杂物为Al2O3-CaO，如图5所示。
RH提升气体流量90m3/h，真空处理20min，喂45m钙线进行处理，处理结束后软吹15min。
钢水上连铸浇铸前测温1587℃(该产品液相线温度1514℃)，连铸全程采用保护浇注。
精炼过程Al含量变化为：精炼进站升温前0.002％、精炼升温结束0.002％、喂Al线后0.024％、RH处理结束0.020％。
该炉钢成品化学成分C:0.20％、Si:0.26％、Mn:0.47％、P:0.014％、S:0.013％、Al:0.020％，其余为铁和残余元素。
该炉钢轧制后取轧材进行夹杂物检测，检测面积50mm2，检测夹杂物尺寸≥1um，检测结果夹杂物数量170个。
对比实施例3
转炉吹炼结束，出钢温度1635℃，出钢S:0.019％，出钢30s开始依次先加入130kg铝块进行脱氧，后加入1350kg硅锰、1400kg锰铁、70kg增碳剂合金化，最后500kg石灰和200kg萤石进行造渣，出钢时间6min，出钢结束后取样。
精炼升温前将氩气流量调整为250L/min，并测温1518℃，升温过程中加入150kg电石和50kg铝粒进行渣面脱氧，并加入30kg硅铁和300kg硅锰对化学成分进行调整，钢水温度1615℃时停止升温，钢水转运至RH真空处理，精炼结束炉渣成分如表6所示(单位/％)。
表6
RH处理前夹杂物为Al2O3-MgO-CaO，如图6所示。
RH提升气体流量90m3/h，真空处理20min，喂50m钙线进行处理，处理结束后软吹20min。
钢水上连铸浇铸前测温1588℃(该产品液相线温度1508℃)，连铸全程采用保护浇注。
精炼过程Al含量变化为：精炼进站升温前0.025％、精炼升温结束0.046％、RH处理结束0.042％。
该炉钢成品化学成分C:0.21％、Si:0.25％、Mn:1.61％、P:0.011％、S:0.003％、Al:0.042％，其余为铁和残余元素。
该炉钢轧制后取轧材进行夹杂物检测，检测面积50mm2，检测夹杂物尺寸≥1um，检测结果夹杂物数量187个。
常规含铝钢冶炼过程中，出钢采用Al进行脱氧，精炼进站开始冶炼前夹杂物主要为Al2O3，但随着冶炼过程中渣面采用Al进行脱氧，同时精炼过程补加合金，大氩气进行搅拌快速熔化合金及渣料，导致精炼结束时钢中夹杂物为钙铝酸盐为主，在RH真空处理时低熔点钙铝酸盐去除效率低。
本发明通过转炉炉后合金添加将成分调整到位，不采用Al进行脱氧，控制精炼过程氩气搅拌强度和炉渣碱度，精炼结束前在将Al一次性调整到位，从而获得固态Al2O3夹杂物，通过RH真空处理后高效去除，确保钢水的纯净度。
本发明的关键控制控制点为：(一)、转炉出钢后进行合金化，将化学成分一次性调整到位，避免精炼过程中成分调整导致的卷渣，同时防止精炼过程补加的硅铁等合金含有的少量Ca对Al2O3进行变性处理，生成钙铝酸盐夹杂；(二)、转炉出钢过程中不采用Al块进行脱氧，同时精炼过程渣面不采用Al粒进行脱氧，有效的控制钢中Al含量，精炼渣碱度控制在1.0～3.0之间，防止钢中Al与渣中CaO发生还原反应，为钢中Ca提供来源；(三)、精炼过程全程控制氩气流量小于100L/min，与正常冶炼氩气流量200～400L/min相比，可有效的控制氩气搅拌强度，防止精炼过程中卷渣和降低钢渣反应强度；(四)、精炼升温达到目标要求后，一次性采用Al线进钢种的Al含量调整到位，由于精炼过程中采用电石进行脱氧，确保喂Al线后钢中大部分Al以酸溶铝存在，生成少部分Al2O3夹杂物通过RH真空处理高效去除。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，针对含铝钢采用“BOF-LF-RH-CC”工艺流程生产过程中，在LF精炼工序将夹杂物控制为固态Al2O3，其特征是：包括以下步骤：
S1、转炉出钢温度控制在1600～1660℃之间，出钢S≤0.025％；
S2、转炉出钢时间控制在3～6min，出钢30s时开始加入硅铁、硅锰、锰铁合金和增碳剂，最后加入石灰和萤石进行造渣；
S3、LF过程中钢包氩气流量小于100L/min，精炼渣面禁止采用Al粒进行脱氧，采用电石进行脱氧，加入萤石和冰晶石进行化渣，LF结束前精炼渣碱度控制在1.0～3.0之间；
S4、钢水升温达到目标要求后，通过喂Al线将Al含量调整到位，钢水转运至RH真空槽进行处理；
S5、RH真空槽处理时间为15～25min，提升气体流量≥60m3/h，极限真空度≤120Pa；
S6、连铸全程采用保护浇注。
2.如权利要求1所述的获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，其特征是：所述含铝钢产品化学成分按质量百分比计，其成分配比为C:0.05～0.40、Si:0.10～0.45、Mn:0.35～1.80、Al：0.010～0.050、S≤0.025，其余为铁和残余元素。
3.如权利要求1所述的获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，其特征是：所述的硅铁、硅锰和增碳剂全部在步骤S2添加，确保钢水至精炼工序成分调整到位。
4.如权利要求1所述的获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，其特征是：所述的步骤S4中喂Al线前钢水中的Al＜0.005％。
5.如权利要求1所述的获得固态Al2O3夹杂物的精炼工艺，其特征是：步骤S5中RH真空槽处理结束后喂30～50m钙线进行钙处理，软吹时间≥10min。
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