CN115287406B - 一种去除钢中夹杂物的冶炼方法 - Google Patents

一种去除钢中夹杂物的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于炼钢技术领域，尤其涉及一种去除钢中夹杂物的冶炼方法。所述方法包括以下步骤：将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物。由不同时期钙铝酸盐类夹杂物的捕捉；由于夹杂物的变性，导致钢水RH处理时间延长，夹杂物上浮时间充足，气泡捕捉夹杂物的概率提高，可以促使钢水洁净度提高，实现钢中夹杂物的去除。

Description

一种去除钢中夹杂物的冶炼方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，尤其涉及一种去除钢中夹杂物的冶炼方法。
背景技术
各大钢铁生产企业一般采用Al脱氧工艺冶炼洁净钢。钢中脱氧生成的Al2O3夹杂物随精炼进行与合金元素、炉渣、耐材等反应，最终聚合长大成为Al2O3-CaO、Al2O3-MgO类等复合氧化物。随底吹搅拌，大尺寸夹杂物上浮被顶渣吸附，由于夹杂物上浮去除率无法达到100％，留在钢中的硬质夹杂物最终严重影响产品质量。针对该问题，目前普遍采用的办法是通过Ca处理，尽量控制最终夹杂物组分低熔点化，轧制过程随钢基体变形能力强，减弱危害。或者通过加强动力学搅拌效率或延长时间，促进更多的夹杂物上浮，但都无法杜绝钢中脱氧产物存在。
专利CN202110349919.1，“一种降低铝脱氧钢中B类夹杂物尺寸的方法”，该方法在精炼时，先对钢液进行铝脱氧后对夹杂物进行软吹搅拌，促进大尺寸氧化铝夹杂物上浮去除，降低夹杂物的尺寸，再通过钙处理或含钙硅铁的加入结合控制冷却和控制加热方法，促进连铸和热处理过程中夹杂物转变为硬度更高的CaS外层和Al2O3-MgO核心的复合夹杂物，降低夹杂物在轧制过程中变形能力，有效降低铝脱氧钢中B类夹杂物尺寸，铝脱氧钢B类夹杂物评级低于1.5级。该方法虽然可以降低B类夹杂物评级，但采取了Ca处理的操作。
专利CN201910917724.5，“薄板坯连铸连轧冶炼工艺及用于其的RH精炼脱氧方法”，提供了一种薄板坯连铸连轧冶炼工艺及用于其的RH精炼脱氧方法，所述RH精炼脱氧方法包括对钢水进行RH脱碳、脱氧合金化和RH纯循环；所述脱氧合金化为硅-铝-硅三次脱氧合金化，依次包括第一次硅铁脱氧合金化、第二次铝脱氧合金化和第三次硅铁脱氧合金化，所述RH纯循环时间为6～12min。本发明在RH脱碳结束以后使用硅-铝-硅的三次脱氧合金化方式，使RH出站的钢液中钙元素含量稳定在15～20ppm的范围，钢液中Al2O3夹杂得到合适的变性。
发明内容
本申请提供了一种去除钢中夹杂物的冶炼方法，以解决目标钢种中夹杂物数量多的技术问题。
本申请提供了一种去除钢中夹杂物的冶炼方法，所述方法包括以下步骤：
将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；
将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物。
可选的，所述LF精炼钢渣中，CaO/SiO2＝5-9，CaO/Al2O3＝1.0-1.4，FeO+MnO≤1.5％，其中，CaO/SiO2为CaO和SiO2质量分数的比值，CaO/Al2O3为CaO和Al2O3质量分数的比值，FeO+MnO为FeO和MnO质量分数之和。
可选的，所述RH真空处理中，所述底吹包括第一底吹，所述第一底吹的流量为4-6Nl/min/t。
可选的，所述方法还包括：在所述RH真空处理结束后进行第二底吹，所述第二底吹的流量为2-3Nl/min/t。
可选的，所述RH真空处理结束后，所述底吹的时间为9-13min。
可选的，所述方法还包括：
所述精炼钢水进站时，碳的质量分数为M；所述目标钢种中，碳的质量分数为N，损失碳的质量分数为Q，M、N和Q的关系满足：M＝N+Q，其中，损失碳的质量分数为0.010％-0.015％。
可选的，所述方法还包括：
所述RH真空处理中，炉渣的组分包括：以质量分数计，CaO:30％-50％，Al2O3：20％-50％,MgO:3％-10％,SiO2:2％-10％。
可选的，所述RH真空处理中，提升气体为氩气。
可选的，所述目标钢种的组分包括：以质量分数计，C：0.04％-1.20％、Si：0.05％-0.80％，Mn：0.2％-2.0％，S：0.001％-0.015％，P：0.006％-0.018％和余量为铁及不可避免的杂质。
可选的，所述方法还包括：以质量分数计，转炉/电炉出钢的所述钢水中，铝含量为0.020％-0.040％，以促使脱氧夹杂物的变性。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物。通过控制LF精炼的钢渣组分，以促使钢渣转变为钙铝酸盐类夹杂物，RH真空处理中产生的CO气泡，可以促进气泡对不同时期钙铝酸盐类夹杂物的捕捉；由于夹杂物的变性，导致钢水RH处理时间延长，夹杂物上浮时间充足，气泡捕捉夹杂物的概率提高，可以促使钢水洁净度提高，实现钢中夹杂物的去除。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本申请实施例1提供的种去除钢中夹杂物的冶炼方法流程图；
图2为本申请实施例2提供的种去除钢中夹杂物的冶炼方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，本发明提供了一种去除钢中夹杂物的冶炼方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1.将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；
S2.将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物。
在生产钢的过程中，先进行LF精炼，再进行RH真空处理。
本申请实施例中，至RH精炼进站时，钢中夹杂物组成基本为钙铝酸盐类，在RH阶段，底吹气体采用CO2，在同等底吹强度条件下，CO2与钢水中C发生反应，搅拌气体量加倍，通过控制底吹CO2和软吹CO2流量来促进气泡对不同时期钙铝酸盐类夹杂物的捕捉；同时，促进夹杂物的变性，导致钢水RH处理时间延长，夹杂物上浮时间充足，气泡捕捉夹杂物的概率提高，可以促使钢水洁净度提高，实现钢中夹杂物的去除。
在一些实施方式中，所述LF精炼钢渣中，以质量分数计，CaO/SiO2＝5-9，CaO/Al2O3＝1.0-1.4，FeO+MnO≤1.5％，其中，CaO/SiO2为CaO和SiO2质量分数的比值，CaO/Al2O3为CaO和Al2O3质量分数的比值，FeO+MnO为FeO和MnO质量分数之和。
为了促进液态钙铝酸盐类夹杂物的生产，LF渣洗过程中，炉渣与钢水中Al2O3反应过程中，特别是w(CaO)/w(Al2O3)＝1.0-1.4匹配w(CaO)/w(SiO2)＝5-9时，钢水中Al2O3会进一步被炉渣吸附，且残留在钢液中的Al2O3会与炉渣反应，生成液态钙铝酸盐，为后续吸附夹杂物做准备。
在一些实施方式中，所述RH真空处理中，所述底吹包括第一底吹，所述第一底吹的流量为4-6Nl/min/t。
具体地，反应式为CO2 ++[C]→2CO，由于底吹CO2时，CO2与C的反应是放热反应，可降低气体周边小区域范围温度，利于夹杂物长大和被气泡捕捉；在RH处理过程中，采用较大的CO2底吹，与浸渍管Ar气配合，利于大颗粒夹杂物上浮排除；在RH真空处理结束后，利用较小的底吹强度，利于捕捉细小的夹杂物，综合两步操作，实现夹杂物去除，省去Ca处理操作。
控制RH工艺的底吹气体为CO2气体，所述底吹强度为4-6Nl/min/t的原因在于该底吹强度可以控制钢液流场稳定且气泡尺寸与加尺寸夹杂物匹配，捕捉夹杂物效果良好，如底吹强度小于4Nl/min/t，具有钢水流动强度较弱，气泡尺寸较小，钢水中大量较大尺寸夹杂物不能被气泡捕捉的不利效果，如底吹强度大于6Nl/min/t，具有钢水流场为强烈湍流，钢水温降较大及浪费气源的不利效果。
在一些实施方式中，所述方法还包括：在所述RH真空处理结束后进行第二底吹，所述第二底吹的流量为2-3Nl/min/t。
控制所述RH真空处理结束后，所述底吹强度为2-3Nl/min/t的原因在于生成的气泡尺寸较小，与此时钢液中较小尺寸夹杂物吻合，利于捕捉和去除，如底吹强度小于2Nl/min/t，具有气泡捕捉夹杂物效率过低，达不到精炼效果的不利效果，如底吹强度大于3Nl/min/t，具有对较小尺寸夹杂物吸附效率低的不利效果。
在一些实施方式中，所述RH真空处理结束后，控制底吹的时间为9-13min。
所述RH真空处理结束后，控制底吹的时间为9-13min的原因在于促进夹杂物进一步上浮，具有最大限度降低钢水中夹杂物数量，避免水口堵塞的积极效果。
在一些实施方式中，所述方法还包括：
所述精炼钢水进站时，碳的质量分数为M；所述目标钢种中，碳的质量分数为N，损失碳的质量分数为Q，M、N和Q的关系满足：M＝N+Q，其中，损失碳的质量分数为0.010％-0.015％。
为后续底吹CO2时，底吹气体与钢液中C反应做准备，控制钢水中C含量高于目标值，即损失碳的质量分数为0.010％-0.015％，
在一些实施方式中，所述方法还包括：
所述RH真空处理中，炉渣的组分包括：以质量分数计，CaO:30％-50％，Al2O3：20％-50％,MgO:3％-10％,SiO2:2％-10％。
控制RH工艺中炉渣成分，是为确保钢渣反应条件下，钢水中夹杂物保持为低熔点钙铝酸盐类，利于被气泡捕捉。
在一些实施方式中，所述RH真空处理中，提升气体为氩气。
在一些实施方式中，所述目标钢种的组分包括：以质量分数计，C：0.04％-1.20％、Si：0.05％-0.80％，Mn：0.2％-2.0％，S：0.001％-0.015％，P：0.006％-0.018％和余量为铁及不可避免的杂质。
在一些实施方式中，所述方法还包括：以质量分数计，转炉/电炉出钢的所述钢水中，铝含量为0.020-0.040％，以促使脱氧夹杂物的变性。
控制钢液中铝含量为0.020％-0.040％，可降低钢水氧活度，低氧活度条件下，钢中大尺寸絮状Al2O3聚合上浮，余下钢中Al2O3夹杂物呈细小块状。
常规的，在进行RH脱C和合金化处理后，会进行钙处理，而本申请的方法中，无须进行钙处理，直接进入下一环节常规冶炼操作。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的方法进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种去除钢中夹杂物的冶炼方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1.将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；
S2.将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物。
具体地，冶炼低碳合金钢，目标钢种的主要成分如表1所示，钢包钢液称重218吨。
表1试验钢种主要成分/％。
C Si Mn P S Alt
0.07 0.2 0.8 0.012 0.003 0.032
(1)出钢过程进行钢液脱氧，控制钢液中铝含量0.020％-0.040％，实际控制为0.038％；
(2)LF精炼过程中控制炉渣中主要组元的质量百分数控制为：w(CaO)/w(SiO2)＝6.5，w(CaO)/w(Al2O3)＝1.2，w(FeO+MnO)＝0.9％；
(3)RH进站时，钢水中C元素质量分数目标值为0.07％，实际控制高于目标值0.01％，为0.08％；
(4)RH真空处理时，提升气体为氩气，钢包底部吹入CO2气体，CO2的底吹强度为5Nl/min/t；气泡数量为常规底吹的一倍以上。
(5)在RH真空处理结束后，采用钢包底吹CO2软吹，流量为3Nl/min/t，软吹时间控制为11min；
本实施例降低气源成本1.2元/吨钢，降低RH处理时间11min，省去Ca处理操作。大尺寸夹杂物的尺寸为13.6μm。大尺寸夹杂物引起的缺陷率为0.08％，低于常规工艺生产的产品大尺寸夹杂物缺陷率。
实施例2
本实施例提供了一种去除钢中夹杂物的冶炼方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
S100.以质量分数计，转炉/电炉出钢的所述钢水中，铝含量为0.020％-0.040％，以促使脱氧夹杂物的变性；
S200.将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；
S300.所述精炼钢水进站时，碳的质量分数为M；所述目标钢种中，碳的质量分数为N，损失碳的质量分数为Q，M、N和Q的关系满足：M＝N+Q，其中，损失碳的质量分数为0.010％-0.015％；
S400.将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物。
所述RH真空处理中，炉渣的组分包括：以质量分数计，CaO:30％-50％，Al2O3：20％-50％,MgO:3-10％,SiO2:2-10％。
具体地，冶炼高碳钢，其主要成分如表1所示，钢包钢液称重300吨。
表1试验钢种主要成分/％。
C Si Mn P S Alt
0.22 0.3 1.3 0.015 0.003 0.015
(1)出钢过程进行钢液脱氧，控制钢液中铝含量0.020-0.030％，实际控制为0.022％；
(2)LF精炼过程中控制炉渣中主要组元的质量百分数控制为：w(CaO)/w(SiO2)＝7.2，w(CaO)/w(Al2O3)＝1.3，w(FeO+MnO)＝0.7％；
(3)RH进站时，钢水中C元素质量分数目标含量0.22％，实际高于目标值0.01％，为0.23％；
(4)RH真空处理时，提升气体为氩气，钢包底部吹入CO2气体，CO2的底吹强度为6Nl/min/t；气泡数量为常规底吹的一倍以上。
(5)在RH真空处理结束后，采用钢包底吹CO2软吹，流量为3Nl/min/t，软吹时间控制为10min；
本实施例降低气源成本1.3元/吨钢，降低RH处理时间10min，省去Ca处理操作。大尺寸夹杂物引起的缺陷率为0.07％，低于常规工艺生产的产品大尺寸夹杂物缺陷率。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：不控制RH工艺的钢包中气泡数量和底吹强度，底吹强度为3Nl/min/t。
本实施例气源成本1.6元/吨钢，降低RH处理时间0min，进行Ca处理操作。大尺寸夹杂物引起的缺陷率为0.13％。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：不对LF精炼钢渣的组分进行控制，为常规的以质量分数计，CaO/SiO2＝10，CaO/Al2O3＝2，FeO+MnO为1.8％。
本实施例气源成本1.7元/吨钢，降低RH处理时间0min，进行Ca处理操作。大尺寸夹杂物引起的缺陷率为1.24％。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种去除钢中夹杂物的冶炼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将钢水进行LF精炼，得到精炼钢水；
将所述精炼钢水进行RH真空处理，得到目标钢种；其中，所述精炼钢水中，钢渣的组分包括CaO、SiO2、Al2O3、FeO和MnO，以促使所述精炼钢水形成钙铝酸盐类夹杂物；所述RH真空处理中，底吹CO2气体，以促使生产CO气泡并使所述CO气泡捕捉夹杂物；
所述钢渣的组分中，CaO/SiO2＝5-9，CaO/Al2O3＝1.0-1.4，FeO+MnO≤1.5％，其中，CaO/SiO2为CaO和SiO2质量分数的比值，CaO/Al2O3为CaO和Al2O3质量分数的比值，FeO+MnO为FeO和MnO质量分数之和；
所述底吹包括第一底吹，所述第一底吹的流量为4-6NL/min/t；
在所述RH真空处理结束后进行第二底吹，所述第二底吹的流量为2-3NL/min/t。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RH真空处理结束后，所述底吹的时间为9-13min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述精炼钢水进站时，碳的质量分数为M；所述目标钢种中，碳的质量分数为N，损失碳的质量分数为Q，M、N和Q的关系满足：M＝N+Q，其中，损失碳的质量分数为0.010％-0.015％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述RH真空处理中，炉渣的组分包括：以质量分数计，CaO:30％-50％，Al2O3：20％-50％，MgO:3％-10％和SiO2:2％-10％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RH真空处理中，提升气体为氩气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标钢种的组分包括：以质量分数计，C：0.04％-1.20％、Si：0.05％-0.80％，Mn：0.2％-2.0％，S：0.001％-0.015％，P：0.006％-0.018％和余量为铁及不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：以质量分数计，转炉/电炉出钢的所述钢水中，铝含量为0.020-0.040％，以促使脱氧夹杂物的变性。
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