CN115232918B - 一种适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低碳铝镇静钢(LCAK钢)的冶炼工艺，转炉出钢过程加入锰和铝进行复合“半脱氧”工艺，能够有效降低真空冶炼OB率。

Description

一种适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金炼钢技术领域，具体涉及一种适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法。

背景技术

“转炉-RH(RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法，在真空脱气装置中进行处理)-连铸”工艺路径的低碳铝镇静钢，出钢碳含量在0.03～0.06％以内，采取转炉出钢过程中全脱氧工艺模式并对[ALs]调整到0.035-0.55％之间，RH冶炼前为确保[C]的目标成分合格，先采用吹氧去除[ALs]再脱碳、脱氧、调温度、增碳及合金化的繁琐工艺。上述工艺存在对转炉吹炼终点温度要求较高、RH处理时间较长、前期脱碳钢水过程温降大、先去除[ALs]、[C]再增碳不利于成本降低等问题，不仅不利于冶炼成本的降低，也不利于炼钢的高效生产。

中国专利CN110484681A公布了一种低碳低硅铝镇静钢水的生产方法，出钢过程中不对钢水进行脱氧，出钢时加入高碳锰铁；出钢完成后向钢包渣面加入钢包渣改质剂对钢包渣进行改性处理；钢水进入RH真空处理，分批加入碳质材料进行碳脱氧，将氧活度控制到50ppm以下后进行加铝终脱氧及合金微调，使钢水出站；站后向钢包加入钢包渣改质剂对钢包渣进行改性处理。该方法提供的低碳铝镇静钢的冶炼方法保证了全工序生产流程的稳定、同时提高了钢液洁净度，但要求转炉终点控制温度和RH进站温度均较高，RH处理周期较长，导致生产成本增加同时不利于炼钢高效生产。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的是提供一种降低能耗、提高效率的钢的冶炼工艺；

本发明另外的目的通过有节奏的控制加料时机及加料顺序，提供一种可以降低转炉出钢温度、缩短真空处理时间的冶炼工艺。

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：

一种适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，

包括：

钢水自转炉出钢的过程中进行半脱氧，所述钢水具有不低于≥400ppm的初始氧含量；

出钢的钢水在真空脱气装置中进行处理；

其中，

所述半脱氧包括如下过程：

实施高碳锰的加入，用以调钢水中的锰含量及氧含量；

实施铝的加入，用以调解钢水中的氧含量及顶渣氧化性；

实施氧化钙的加入，用以调整顶渣钙铝比；

所述半脱氧完成后，控制钢水中的剩余氧含量不低于初始氧含量的30％；进一步优选为控制钢水中的剩余氧含量不低于初始氧含量的40％。

在此需要说明的是，在传统的吹炼过程中“转炉-RH-连铸”工艺路径的低碳铝镇静钢，碳含量在0.07％以内，往往采取转炉出钢过程不脱氧，钢水留氧RH处理先完全脱碳再脱氧，最后再增碳合金化的冶炼繁琐工艺。此种工艺存在对转炉吹炼终点温度要求较高、RH处理时间较长、前期脱碳钢水过程温降大、先脱碳在增碳不利于成本降低等问题，不仅不利于冶炼成本的降低，也不利于炼钢的高效生产。

而发明技术方案突破性的在转炉出钢过程中对钢水进行“半脱氧”处理，脱氧量达到50％～70％，能够使转炉终点的温度相较于上述传统过程的转炉终点的温度降低5～15℃。

进一步地，钢水自转炉出钢的过程中，实施高碳锰的加入、铝的加入，控制所述半脱氧完成后钢水中的剩余氧含量为初始氧含量的30-50％，进一步优选为40-55％。一般全脱氧钢种对高碳锰的加入、铝的加入顺序有要求，而本方法中的半脱氧，对高碳锰铁、脱氧铝粒的加入顺序无需分前后，便于生产冶炼操作者操作(减轻工艺操作繁琐)。

在此需要说明的是，若此步骤操作过程中，钢水中的氧含量降低幅度过高会消耗大量金属铝，过低会增加OB率(OB率即指RH处理过程中的吹氧率)。

进一步地，所述铝的加入量为吨钢0.30-0.90kg/t。优采用铝进行过脱氧处理，

根据大数据回归得知每50kg铝粒能够脱除100ppm氧含量。

进一步地，选择高碳锰铁合金实施所述高碳锰的加入；所述锰铁合金的加入量按照目标钢种所需锰含量、和高碳锰增碳量综合考虑进行添加；一般选择高碳锰铁合金，则其加入量为吨钢1.5-1.7kg/t。且对于所述高碳锰铁合金，则钢水中每加入高碳锰铁45kg/t，则会增锰0.01％；

进一步地，选择石灰实施所述氧化钙的加入，所述石灰的加入量为吨钢1.8-2.8kg/t。

进一步地，确定目标钢种的碳含量[C]_目标；

确定目标钢种的碳含量[C]_目标；

钢水进入真空脱气装置处理前，进行钢水的测温、取样检测，得到钢水的碳含量[C]_吹氩；及氧含量[O]_吹氩；(此步骤可以借助吹氩站进行)

确认[C]_目标与[C]_吹氩之间所满足的关系，以进行相应的真空留碳操作；

其中，所述[C]_目标具有[C]_{目标下限值}、[C]_目标值以及[C]_{目标上限值}，所述[C]_{目标下限值}<[C]_目标值<[C]_{目标上限值}；

所述[C]_目标与[C]_吹氩之间所满足的关系具有：<

[C]_吹氩≤[C]_目标值，或

[C]_吹氩＞[C]_{目标上限值}。

其中，此处所述的[C]_目标值为指代效果最佳的最优数值。

进一步地，钢水在真空脱气装置进行处理，氩气气体流量为120-150Nm³/h；同时进行氧含量[O]_RH进站的定氧检测。

进一步地，钢水在真空脱气装置进行处理时，

钢水在真空脱气装置进行处理时，

若[C]_吹氩≤[C]_目标值，则抽真空至≤450mbar，根据[O]_RH结果确定脱氧(全脱氧)所需铝的量，根据合金化所需铝的量，以确定所需加入铝的总量。

进一步地，钢水在真空脱气装置进行处理时，若[C]_吹氩＞[C]_{目标上限值}，则

首先，需利用钢水中的氧进行脱碳处理至[C]_吹氩≤[C]_{目标上限值}，脱碳需氧量至少为([C]_吹氩-[C]_目标值)*100(公式结果确保脱碳所消耗的氧含量)；

然后，抽真空至≤450mbar，加入铝进行脱氧处理，铝粒加入量为([O]_RH进站-([C]_吹氩站-[C]_目标值)*100)/2，当CO曲线≤15％时测温定氧，根据定氧结果加入脱氧及合金化铝。

在此需要说明的是，

1)在已知需要脱除的氧含量[O]的情形下，需铝量的计算公式如下：

_①进行计算的基本反应式2Al+3[O]＝Al₂O₃；

_②At钢水，钢水中氧含量[O]为B ppm，则折合钢水含氧总量如下：

At×1000×0.0B％＝Y(kg)；

_③计算铝加入量Q kg：(2×27)/(3×16)＝Q/Y。

2)真空状态下，每100PPM的[O]_RH会消耗0.01％的[C]，所以脱碳所耗钢水的氧量为([C]_吹氩-[C]_目标值)*100；

在转炉出钢过程中如[C]超出所需碳含量的上限值[C]_{目标上限值}即一定需要依据公式，采取真空状态下留碳操作。反之，转炉出钢过程中如[C]不超或者低于[C]_目标值则进行脱氧及补碳处理。

进一步地，铝加入后，循环时间3min；

然后，根据目标钢种成分标准，加入其余合金进行成分调整，

然后，循环时间≥4min后破空，所述破空具体指压力的变化，上述真空状态下的压力一般为0.26mbar左右，循环时间≥4min后，打开破空阀进行破空，压力恢复至常压状态，即一个大气压1013.25mbar。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，转炉出钢过程加入锰和铝进行复合“半脱氧”工艺，能够有效降低真空冶炼OB率。

(2)本发明提供的适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，RH真空状态下留碳操作，根据吹氩站试样碳含量分析结果决定RH是否需要脱碳。如不脱碳，则直接加铝脱氧后合金化操作；如需脱碳，则不完全脱碳，根据碳含量可允许的量范围及最佳目标值和吹氩站碳含量计算RH第一步预脱氧含量，保留部分氧进行脱碳至钢种碳成分目标值，合金化时无需进行增碳。大大缩短RH冶炼周期，降转炉终点温度和RH进站温度要求，大幅度降低生产成本，提高了生产效率；

较传统的转炉出钢过程不脱氧，钢水留氧RH处理先完全脱碳再脱氧，最后再增碳合金化的冶炼工艺，转炉终点温降减少了5-15℃，RH处理时间平均为13min，较之前平均降低了7min，生产效率大大提高，冶炼时间的缩短和温度的降低大大降低了生产成本。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备；

本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，因此，它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语和/或包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本文中，所述的“不低于”某数值或“不高于”某数值，其范围应理解为包含该数值，比如“某一物质的量不低于100ppm”，则应理解为“该物质的量可以为100ppm，或高于100ppm”。

本文中提供一种低碳铝镇静钢的高效冶炼工艺，该方法涉及冶炼钢种工艺路径为：300tBOF(300吨转炉)→CT(吹氩站)→RH(RH真空精炼炉)→CC(连铸机)，包含如下步骤：

(1)转炉吹炼后期采用强底吹模式，加强熔池搅拌，降低转炉终点碳和终点氧含量[O]；本发明中转炉终点温度为1630-1645℃；

(2)转炉出钢过程先后加入锰(优选高碳锰铁)→铝(优选脱氧铝粒)→石灰，其中石灰加入量为吨钢1.8-2.8kg/t；高碳锰铁则根据实际冶炼钢种锰含量控制下限加入，每加高碳锰铁45kg/t，则增锰0.01％，铝粒加入量为每炉吨钢0.30-0.90kg/t；比如，按照300吨转炉，如下表1所示，依据转炉出钢终点氧含量[O]则对应表加入金属铝的一种示意性参考量如下(下表中铝的加入量数值也可以根据实际具体氧含量进行调整)：

[O]/ppm	＜400	400≤[O]＜550	550≤[O]＜650	650≤[O]＜750	750≤[O]＜850	850≤[O]＜950
							铝加入量/Kg	100	130	150	180	220	280

(3)吹氩站进行测温取样后钢包加盖并调运至RH进行精炼；

(4)RH进站测温取样，全程采用深处理模式，提升气体流量120-150Nm3/h，留碳操作如下：①若[C]_吹氩站≤[C]_{目标上限值}，可无需脱碳，当RH开始处理并抽真空至≤450mbar时，根据定氧结果直接加脱氧与合金化需要铝量，铝粒加入后循环时间3min后加入其余合金调整至目标值，合金化后循环时间≥4min后破空；②若[C]吹氩站＞[C]_{目标上限值}，则需真空预留氧脱碳，预留脱碳氧量为([C]吹氩站-[C]目标值)*100。当RH开始处理并抽真空至≤450mbar时，加入预脱氧铝粒，根据大数据回归50kg铝粒脱除100ppm氧含量，则铝粒加入量为([O_]RH进站-([C]_吹氩站-[C]_目标值)*100)/2，当CO曲线≤15％时测温定氧，根据定氧结果加入脱氧及合金化铝，铝粒加入后循环时间3min后加入其余合金调整至目标值，合金化后循环时间≥4min后破空。

上述的RH进站温度为1594℃；RH出站温度为1586℃；

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

冶炼钢种DC01，工艺流程300tBOF→CT→RH→CC，包含如下步骤：

(1)转炉吹炼后期采用强底吹模式，加强熔池搅拌，转炉终点温度1646℃，终点氧430ppm，终点碳0.028％；

(2)转炉出钢过程先后加入高碳锰铁→脱氧铝粒→石灰；

具体的，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的30±5％时，先向钢水中加入高碳锰铁；待转炉出钢的钢水量达钢水总量的75±5％时，再向钢水中加入脱氧铝粒；最后再加入石灰；

其中石灰加入量为吨钢2.63kg/t，高碳锰铁加入量为吨钢1.17kg/t，铝粒加入量为吨钢0.42kg/t；

(3)吹氩站测温1620℃，氧含量229ppm，碳含量0.024％；

(4)RH进站测温取样，全程采用深处理模式，提升气体流量140Nm3/h，根据DC01碳含量目标为0.020％，判断无需脱碳，采取上述操作①方案，RH进站测温1597℃，定氧220ppm，计算加铝0.93kg/t，加铝后循环4min加入中碳锰铁调整Mn至目标值，合金化后循环5min破空；RH终点碳含量0.0210％，其余成分均合格，RH出站温度1586℃；RH处理时间12min。

实施例2

冶炼钢种DX51D，工艺流程300tBOF→CT→RH→CC，包含如下步骤：

(1)转炉吹炼后期采用强底吹模式，加强熔池搅拌，转炉终点温度1640℃，终点氧412ppm，终点碳0.046％；

(2)转炉出钢过程先后加入高碳锰铁→脱氧铝粒→石灰；

具体的，当转炉出钢的钢水量达钢水总量的30±5％时，先向钢水中加入高碳锰铁；待转炉出钢的钢水量达钢水总量的75±5％时，再向钢水中加入脱氧铝粒；最后再加入石灰；

其中石灰加入量为吨钢2.51kg/t，高碳锰铁加入量为吨钢1.17kg/t，铝粒加入量为吨钢0.41kg/t；

(3)吹氩站测温1609℃，氧含量300ppm，碳含量0.037％；

(4)RH进站测温取样，全程采用深处理模式，提升气体流量130Nm3/h，根据DX51D碳含量目标为0.025％，判断需脱碳，采取上述操作②方案，RH进站测温1596℃，定氧313ppm，计算加预脱氧铝0.32kg/t，加铝后循环3min，CO曲线13.4％时，定氧117ppm，加入脱氧及合金化0.83kg/t，循环3min后中碳锰铁调整Mn至目标值，合金化后循环4min破空，RH终点碳含量0.0255％，其余成分均合格，RH出站温度1584℃，RH处理时间14min。

对比例1

冶炼钢种SPHC，目标碳0.05％，工艺流程300tBOF→CT→RH→CC，包含如下步骤：

(1)转炉吹炼后期采用强底吹模式，加强熔池搅拌，转炉终点温度1667℃，终点氧447ppm，终点碳0.032％；

(2)转炉出钢过程加入石灰，其中石灰加入量为吨钢3.1kg/t；此阶段碳锰铁和铝粒均未加；

(3)吹氩站测温1634℃，氧含量497ppm，碳含量0.024％；

(4)RH进站测温取样，全程采用浅处理模式，提升气体流量140Nm3/h，RH进站测温1616℃，定氧481ppm，RH先脱碳9min，脱碳结束碳含量50-100ppm，根据脱碳结束定氧结果加入脱氧及合金化铝0.96kg/t，铝粒加完循环4min后加入合金化碳粉和中碳锰铁分别0.32kg/t、2.38kg/t，废钢3.8kg/t，合金化后循环时间5min破空；RH终点碳含量0.0496％，其余成分均合格，RH出站温度1586℃；RH处理时间20min。

Claims (5)

1.一种适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，其特征在于，

包括：

钢水自转炉出钢的过程中进行半脱氧，所述钢水具有≥400 ppm的初始氧含量；其中，所述半脱氧包括如下过程：

钢水自转炉出钢的过程中，实施高碳锰的加入、铝的加入，控制所述半脱氧完成后钢水中的剩余氧含量为初始氧含量的40-55%

高碳锰的加入，用以调钢水中的锰含量及氧含量；

铝的加入，用以调解钢水中的氧含量及顶渣氧化性；

氧化钙的加入，用以调整顶渣钙铝比；

确定目标钢种的碳含量[C]_目标；钢水进入真空脱气装置处理前，进行钢水的测温、取样检测，得到钢水的碳含量[C]_吹氩；及氧含量[O]_吹氩；

确认[C]_目标与[C]_吹氩之间所满足的关系，以进行相应的真空留碳操作；

其中，所述[C]_目标具有[C]_{目标下限值}、[C]_目标值以及[C]_{目标上限值}，所述[C]_{目标下限值}<[C]_目标值<[C]_{目标上限值}；

所述[C]_目标与[C]_吹氩之间所满足的关系具有：

[C]_吹氩≤[C]_目标值，或

[C]_吹氩＞[C]_{目标上限值；}

出钢的钢水在真空脱气装置中进行处理时，氩气气体流量为120-150 Nm3/h；进行氧含量[O]_RH的定氧检测；

若[C]_吹氩≤[C]_目标值，则抽真空至≤450 mbar，根据[O]_RH结果确定脱氧所需铝的量，根据合金化所需铝的量，以确定所需加入铝的总量；

若[C]_吹氩＞[C]_{目标上限值}，则

首先，需利用钢水中的氧进行脱碳处理至[C]_吹氩≤[C]_{目标上限值}，脱碳后钢水的含氧量为（[C]_吹氩-[C]_目标值）×100；

然后，抽真空至≤450 mbar，加入铝进行脱氧处理，铝粒加入量为（[O]_RH进站-（[C]_吹氩站-[C]_目标值）×100）/2，当CO曲线≤15%时测温定氧，根据定氧结果加入脱氧及合金化铝。

2.根据权利要求1所述的适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，其特征在于，所述铝的加入量依据转炉终点钢水的氧含量计算，为吨钢0.30-0.90kg/t。

3.根据权利要求2所述的适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，其特征在于，

选择高碳锰铁合金实施所述高碳锰的加入；所述高碳锰铁合金的加入量为吨钢1.5-1.7kg/t。

4.根据权利要求3所述的适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，其特征在于，

选择石灰实施所述氧化钙的加入，所述石灰的加入量为吨钢1.8-2.5kg/t。

5.根据权利要求1~4任一所述的适用于低碳铝镇静钢的生产控制方法，其特征在于，

铝加入后，循环时间3min；

然后，根据目标钢种成分标准，加入其余合金进行成分调整；

然后，循环时间≥4min；

最后，负压破空至常压状态。