CN115287403A - 低碳低硅冷镦钢脱氧方法 - Google Patents

低碳低硅冷镦钢脱氧方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶炼制造技术领域，具体而言，涉及低碳低硅冷镦钢脱氧方法，包括：在开始出钢，且氧含量＞350ppm时，加入碳粉脱氧；在脱氧至钢中自由氧剩余300‑400ppm时，加入铝铁脱氧。本发明的碳低硅冷镦钢脱氧方法，能够在脱氧时，保证钢水ALs含量的基础上，减少Al2O3夹杂物的生成，进而提高钢水的纯净度。

Description

低碳低硅冷镦钢脱氧方法
技术领域
本发明涉及冶炼制造技术领域，具体而言，涉及低碳低硅冷镦钢脱氧方法。
背景技术
相关技术中通常会使用转炉顶枪吹氧冶炼，转炉顶吹氧冶炼使钢水中存留大量自由氧，易形成氧化物夹杂和气泡，会直接影响铸坯、钢材产品的质量；故相关技术中还需要在转炉冶炼后的钢水中加入合适的脱氧剂脱氧。
低碳低硅高铝钢种在使用碳粉脱氧时，大量的碳粉脱氧会使钢水大翻，容易造成事故，且会产生增碳的问题；若是使用硅铁脱氧，虽然能杜绝钢水增碳，但是在LF炉工序冶炼期间，脱氧产物SiO2易被还原，造成钢水增硅；若是采用铝脱氧法，在出钢期间加入金属铝或铝铁合金，虽然方法简单，脱氧速度快，但是会生成大量的Al2O3夹杂物，不易上浮成渣，造成钢中非金属夹杂增加，去除困难。
发明内容
本发明的目的在于提供低碳低硅冷镦钢脱氧方法，能够在脱氧时，保证钢水ALs含量的基础上，减少Al2O3夹杂物的生成，进而提高钢水的纯净度。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种低碳低硅冷镦钢脱氧方法，包括：
在开始出钢，且氧含量＞350ppm时，加入碳粉脱氧；
在脱氧至钢中自由氧剩余300-400ppm时，加入铝铁脱氧。
在可选的实施方式中，碳粉的加入量为0.35-0.6kg/t。
在可选的实施方式中，碳粉的C含量大于或等于92％。
在可选的实施方式中，铝铁的加入量为3-4kg/t。
在可选的实施方式中，铝铁中的铝含量为38-42％。
在可选的实施方式中，在加入碳粉脱氧25-35s后，钢中自由氧剩余300-400ppm，加入铝铁脱氧。
在可选的实施方式中，还包括：在出钢前，转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量小于0.03％。
在可选的实施方式中，终点的温度为1620-1640℃。
在可选的实施方式中，还包括：在出钢过程中，钢包开底吹气搅拌，搅拌的气流量为50-80Nm3/h。
在可选的实施方式中，用于低碳低硅高铝钢种，按照质量百分比计，低碳低硅高铝钢种的成分包括：C：0.04～0.07％，Si：＜0.10％，Als：0.025～0.045％，Mn：0.2～0.35％。
本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供的低碳低硅冷镦钢脱氧方法包括：在开始出钢，且氧含量＞350ppm时，加入碳粉脱氧；在脱氧至钢中自由氧剩余300-400ppm时，加入铝铁脱氧。通过优化碳粉和铝铁的加入时机，将加碳时机提前，使得碳粉与钢中氧反应时间相对长一些，尽可能充分反应，减少参与铝氧反应的氧量，即便于尽可能通过加入碳粉进行脱氧，又能避免大量碳粉的加入使得钢水大翻，在氧含量为300-400ppm时加入铝铁脱氧，保证部分铝铁参与铝脱氧反应，其余溶解于钢水，转化成Als；这样一来，不仅有效地降低了钢中氧含量，减少钢中脱氧产物Al2O3的量，并保证钢中有足够Als含量。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种低碳低硅冷镦钢脱氧方法，用于低碳低硅高铝钢种，按照质量百分比计，低碳低硅高铝钢种的成分包括：C：0.04～0.07％，Si：＜0.10％，Als：0.025～0.045％，Mn：0.2～0.35％。
需要说明的是，低碳低硅高铝钢种包括但不限于SWRCH6A钢种。
低碳低硅高铝钢种的冶炼工艺路径包括：转炉→LF钢包炉→连铸机或转炉→LF钢包炉→RH真空炉→连铸机。
低碳低硅高铝钢种中易与钢中氧结合的C、Si元素含量低，使得【O】的溶解度增加，在冶炼时底吹搅拌等情况下，空气中的氧会与钢渣钢水接触并进入钢中，进而导致低碳低硅高铝钢种易吸氧。
低碳低硅高铝钢种还会因钢水在LF钢包炉冶炼工艺中需经过石墨电极通电加热升温的环节，石墨电极会烧损或剥落等方式进入钢中，导致钢水增碳0.01～0.02％，即低碳低硅高铝钢种易增碳。
因此，为了确保钢的质量，转炉冶炼终点要保证：1、终点碳含量小于0.03％。2、出钢过程不得加入含硅合金，防止在铝脱氧过程中，硅脱氧产物再次被还原至钢中导致增硅。3、采用铝脱氧，并保证钢中有足够Als能持续与进入钢中的氧反应，并降低钢中氧含量。
同时，大量铝与氧反应生成的Al2O3产物，会严重降低钢的性能和质量。为减少钢中脱氧产物Al2O3的量，同时保证出钢充分脱氧和快速脱氧的要求，本发明提供的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，在转炉吹炼结束，出钢过程采用碳脱氧与铝脱氧相结合的办法，降低脱氧成本，减少钢中脱氧产物Al2O3的量，同时保证出钢充分脱氧和快速脱氧的特点，并避免钢水因脱氧增硅。
本发明的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，包括：
转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量小于0.03％，终点温度为1620～1640℃。
在开始出钢，且氧含量＞350ppm(例如：钢水自由氧约为800～1000ppm)时，加入碳粉脱氧；
在脱氧至钢中自由氧剩余300-400ppm时，加入铝铁脱氧。
相关技术在常压下，铝与氧的反应要优先于碳，本发明通过优化碳粉和铝铁的加入时机，以先行碳脱氧，再进行铝脱氧，可以有效减少用铝量；具体包括：将加碳时机提前，在出钢的一开始，且氧含量大于350ppm时就加入碳粉，使得碳粉与钢中氧反应时间相对长一些，尽可能充分反应，减少参与铝氧反应的氧量，便于尽可能通过加入碳粉进行脱氧，又能避免大量碳粉的加入使得钢水大翻，在氧含量为300-400ppm时加入铝铁脱氧，保证部分铝铁参与铝脱氧反应，其余溶解于钢水，转化成Als；这样一来，不仅有效地降低了钢中氧含量，通过减少Al用量的减少，来减少Al2O3的生成，即减少钢中脱氧产物Al2O3的量，并保证钢中有足够Als含量；而且，本发明的方法结合碳脱氧和铝脱氧，还能降低脱氧成本，保证出钢充分脱氧和快速脱氧的特点，并避免因钢水因脱氧而增硅。
需要说明的是，在钢中的自由氧高于350ppm的情况下加入碳粉脱氧，会产生CO且从钢液表面排出。
还需要说明的是，钢中自由氧的含量可以利用腹枪TSO或手动定氧枪测定；要求自由氧的含量有利于避免后续增碳成分超范围。
在一些实施方式中，碳粉脱氧时，碳粉的加入量为0.35-0.6kg/t，例如：0.35kg/t、0.4kg/t、0.5kg/t、0.6kg/t等。如此，能够使钢中的氧与碳粉充分反应，减少后续参与铝氧反应的氧量，进而确保Al2O3的量得到有效地控制。
在一些实施方式中，碳粉的C含量大于或等于92％，例如：92％、93％、94％等。如此，能够充分利用碳脱氧，并且减少后续参与铝氧反应的氧量，进而确保Al2O3的量得到有效地控制。
在一些实施方式中，出钢过程钢包开底吹气搅拌，流量50～80Nm3/h，使碳粉快速与钢中自由氧反应，生成CO气体排出钢液表面，进而确保充分脱氧和快速脱氧。
在一些实施方式中，加入碳粉脱氧25-35s后，钢中自由氧剩余300-400ppm，加入铝铁脱氧；具体地，碳粉加完25-35s后，出钢约2/3时，即碳氧反应变缓，钢中自由氧剩余300～400ppm，再加入铝铁，即可确保部分铝铁参与铝脱氧反应，其余溶解于钢水，转化成Als，即可确保有效地脱氧，且减少Al2O3的量的同时，确保Als。
进一步地，铝铁的加入量为3-4kg/t，例如：3kg/t、3.5kg/t、4kg/t等。这样一来，即可确保有效地脱氧，并保证Als含量，又能避免生成大量的Al2O3夹杂物。
再进一步地，铝铁中的铝含量为38-42％，例如：38％、40％、42％等。这样一来，即可确保有效地脱氧，并保证Als含量，又能避免生成大量的Al2O3夹杂物。
需要说明的是，在自由氧大于350ppm时，加入的碳粉可以被充分氧化，而不会产生增碳的不良结果；以SWRCH6A为例，其属于低碳钢，具有易增碳的特性，故在使用碳粉脱氧时，还需要避免产生增碳的不良影响。同时，铝脱氧前使用碳粉脱氧目的在于，减少铝脱氧，即减少铝脱氧产物Al2O3夹杂物，提高钢水纯净度。
在一些实施方式中，加入铝铁脱氧后，还可以依次加入低碳锰合金、再依序加入石灰和合成渣，钢水冲击搅拌和底吹搅拌会使合金及渣料快速熔解，加入的渣料溶解后可以吸附铝脱氧生成的Al2O3夹杂物，起到提前净化钢水作用，即实现了提前造渣去夹杂物的目的。
进一步地，石灰的加入量可以是5kg/t左右，例如：4.5kg/t、5kg/t、5.5kg/t等。
再进一步地，合成渣的加入量可以是3kg/t左右，例如：2.8kg/t、3kg/t、3.5kg/t等。
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量为0.029％，终点温度为1620℃，钢水自由氧为800ppm。
转炉出钢开始后加入0.35kg/t的单质碳粉，碳粉的C含量为92％；出钢过程钢包开底吹气搅拌，流量为50Nm3/h。
碳粉加完30s后，出钢约2/3时，钢中自由氧剩余300ppm，再加入3kg/t铝铁，其中，铝铁中的铝含量为40％。
再依次加入低碳锰合金、并依序加入5kg/t石灰和3kg/t合成渣。
实施例2
转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量为0.02％，终点温度为1640℃，钢水自由氧为1000ppm。
转炉出钢开始后加入0.6kg/t的单质碳粉，碳粉的C含量为94％；出钢过程钢包开底吹气搅拌，流量为80Nm3/h。
碳粉加完35s后，出钢约2/3时，钢中自由氧剩余400ppm，再加入4kg/t铝铁，其中，铝铁中的铝含量为42％。
再依次加入低碳锰合金、并依序加入5.1kg/t石灰和3.2kg/t合成渣。
实施例3
转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量为0.025％，终点温度为1630℃，钢水自由氧为900ppm。
转炉出钢开始后加入0.4kg/t的单质碳粉，碳粉的C含量为93％；出钢过程钢包开底吹气搅拌，流量为60Nm3/h。
碳粉加完25s后，出钢约2/3时，钢中自由氧剩余350ppm，再加入3.5kg/t铝铁，其中，铝铁中的铝含量为38％。
再依次加入低碳锰合金、并依序加入4.9kg/t石灰和2.9kg/t合成渣。
实施例4
转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量为0.028％，终点温度为1625℃，钢水自由氧为850ppm。
转炉出钢开始后加入0.5kg/t的单质碳粉，碳粉的C含量为92％；出钢过程钢包开底吹气搅拌，流量为70Nm3/h。
碳粉加完30s后，出钢约2/3时，钢中自由氧剩余400ppm，再加入3.8kg/t铝铁，其中，铝铁中的铝含量为41％。
再依次加入低碳锰合金、并依序加入5kg/t石灰和3.1kg/t合成渣。
对比例1
对比例1的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后加入0.2kg/t的单质碳粉，即对比例1碳粉的加入量相比于实施例1少。
对比例2
对比例2的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后加入0.7kg/t的单质碳粉，即对比例2碳粉的加入量相比于实施例1多。
对比例3
对比例3的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后加入0.2kg/t的单质碳粉，且碳粉加完30s后，加入5kg/t的铝铁，即对比例3碳粉的加入量相比于实施例1少，且铝铁的加入量相比于实施例1多。
对比例4
对比例4的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后加入0.7kg/t的单质碳粉，且碳粉加完30s后，加入5kg/t的铝铁，即对比例4碳粉的加入量相比于实施例1多，且铝铁的加入量相比于实施例1多。
对比例5
对比例5的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后，同时加入0.35kg/t碳粉和3kg/t铝铁脱氧，即对比例5碳粉和铝铁的加入时机不同于实施例1，对比例5在转炉开始即加入铝铁，也即铝铁的加入时机早于实施例1。
对比例6
对比例6的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后，同时加入0.2kg/t碳粉和5kg/t铝铁脱氧，即对比例6碳粉和铝铁的加入时机不同于实施例1，对比例6在转炉开始即加入铝铁，时机早于实施例1，且对比例6的碳粉加入量相比于实施例1少，铝铁的加入量相比于实施例1多。
对比例7
对比例7的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：碳粉加完20s后，钢中自由氧剩余500ppm，加入5kg/t铝铁脱氧，即对比例7的铝铁的加入时机不同于实施例1，也即对比例7加入铝铁的时机早于实施例1，且铝铁的加入量相比于实施例1多。
对比例8
对比例8的工艺参考实施例1，与实施例1的区别在于：转炉出钢开始后加入3kg/t铝铁，铝铁加入30S后，加入0.35kg/t的单质碳粉，即对比例8的铝铁和碳粉的加入时机与实施例1相反。
比较实施例1-4和对比例1-8的脱氧结果，结果见表1。
表1
Figure BDA0003798960030000091
根据表1结果可知：
对比例1加入的碳粉更少，脱氧效果降低。
对比例2加入的碳粉更多，导致明显的增碳。
对比例3加入的碳粉更少，且铝铁更多，导致ALs和Al2O3的含量高。
对比例4加入的碳粉更多，且铝铁更多，导致ALs和Al2O3的含量高，而且导致明显的增碳。
对比例5转炉出钢开始后，同时加入碳粉和铝铁脱氧，导致Al2O3的含量高，且明显的增碳。
对比例6转炉出钢开始后，同时加入碳粉和铝铁脱氧，且碳粉更少，铝铁更多，导致Al2O3的含量更高。
对比例7铝铁加入的量更多且时机更早，Al2O3的含量高。
对比例8先加铝铁、再将碳粉，脱氧效果差，且Al2O3的含量显著升高。
综上所述，本发明的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，在转炉出钢前期加入碳粉脱氧，生成CO气体排出钢水，减少了铝脱氧产物Al2O3夹杂物的生成，降低钢水中的初始夹杂物含量；还能够稳定控制脱氧后的钢中Als含量，使精炼工艺过程避免补铝，减少钢水再次生成Al2O3夹杂物。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，包括：
在开始出钢，且氧含量＞350ppm时，加入碳粉脱氧；
在脱氧至钢中自由氧剩余300-400ppm时，加入铝铁脱氧。
2.根据权利要求1所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，所述碳粉的加入量为0.35-0.6kg/t。
3.根据权利要求2所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，所述碳粉的C含量大于或等于92％。
4.根据权利要求1所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，所述铝铁的加入量为3-4kg/t。
5.根据权利要求4所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，所述铝铁中的铝含量为38-42％。
6.根据权利要求1所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，在加入所述碳粉脱氧25-35s后，钢中自由氧剩余300-400ppm，加入所述铝铁脱氧。
7.根据权利要求1所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，还包括：在出钢前，转炉顶氧吹炼脱碳至终点碳含量小于0.03％。
8.根据权利要求7所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，所述终点的温度为1620-1640℃。
9.根据权利要求1所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，还包括：在出钢过程中，钢包开底吹气搅拌，搅拌的气流量为50-80Nm3/h。
10.根据权利要求1所述的低碳低硅冷镦钢脱氧方法，其特征在于，用于低碳低硅高铝钢种，按照质量百分比计，所述低碳低硅高铝钢种的成分包括：C：0.04～0.07％，Si：＜0.10％，Als：0.025～0.045％，Mn：0.2～0.35％。
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