CN115652016A - 一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明的方法包括：步骤S1、铁水脱硫处理：采用机械搅拌脱硫方式；步骤S2、超低硫钢冶炼前转炉硫负荷控制，转炉生产超低硫钢的前一炉通过洗炉进行硫负荷控制，转炉终点硫的质量百分含量≤0.0080％，出完钢后翻渣60％以上后溅干；步骤S3、采用顶底复吹转炉进行超低硫钢冶炼。采用本发明的技术方案能够有效解决现有技术中转炉冶炼终点[S]＜0.0025wt％的钢水硫命中率低、原料硫要求苛刻的技术问题，从而实现转炉超低硫钢水冶炼，大幅降低生产成本、缩短后工序处理周期，生产过程高效、有序。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼领域，涉及铁水预处理、转炉冶炼工艺，特别涉及一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法。
背景技术
硫是钢材中的有害元素，对钢的塑性、韧性、焊接性能、Z向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响，其危害不仅表现在热加工性能、力学性能等方面，还集中体现在对软磁材料铁损和电磁性能的影响上。
部分超低碳钢种对硫含量要求苛刻且不经过LF脱硫处理，如高牌号无取向硅钢、电磁纯铁等，此类钢中硫的析出物不但在退火过程中抑制再结晶晶粒长大，降低成品晶粒尺寸、恶化铁损，还直接影响磁畴壁移动，增加磁化过程中磁畴转动的能量，增加硅钢材料磁化的难度，降低磁感。随钢中硫含量的升高,铁损增加、磁感应强度下降,牌号越高，影响越明显, 因此，此类高端软磁材料一般要求硫质量分数控制在0.0020％以下，甚至控制在0.0010％以下。
高牌号无取向硅钢在RH虽可进行脱硫，喷粉量过大不但会大幅降低RH的浸渍管寿命，同时会产生夹杂物，还会造成增碳，对硅钢的性能产生负面影响；电磁纯铁因其成分的特殊性，RH无法脱硫处理，因此转炉冶炼超低硫钢十分必要。
经检索，中国专利申请号为201210050658.4的申请案中提出的是一种在转炉控制不稳定的情况下安排过LF炉进行钢包喷粉脱硫；中国专利申请号为201110448212.1的申请案中提出了一种在双联转炉中实现低硫钢的生产方法；中国专利申请号为201110403476.6的申请案中公开了一种高真空下生产超低硫钢的方法。但上述现有技术中超低硫钢水的生产成本高，铁水预脱硫装置的脱硫能力和转炉的脱硫能力未能有效匹配。
又如，中国专利申请号为201610154622.1的申请案中公开了一种超低硫钢水的生产方法，主要解决现有技术中转炉冶炼生产的转炉出钢钢水化学成分中w[S]≤0.0040％的钢水生产成本高的技术问题，出钢硫含量0.0028％-0.0037％，平均0.0032％，但该申请案的技术方案对高牌号无取向硅钢的生产存在较大的制约，而其在冶炼操作中，转炉出钢结束后不溅渣、挂渣，将炉渣全部倒掉，对炉况、渣料消耗均有较大的影响。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，主要解决现有技术中转炉冶炼终点[S]＜0.0025wt％的钢水硫命中率低、原料硫要求苛刻的技术问题，从而实现转炉超低硫钢水冶炼，大幅降低生产成本、缩短后工序处理周期，生产过程高效、有序。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、铁水脱硫处理：采用机械搅拌脱硫方式。
脱硫处理前的成分及温度如下：
铁水主要成分包括Si 0.30～0.60wt％，S≤0.050wt％，[C]＞4.0wt％；铁水温度为1300～ 1450℃。
步骤S1.1、铁水搅拌处理前需要扒除铁水表面浮渣，要求铁水亮面＞80％，此处所述的铁水亮面＝(1-铁水包表面浮渣面积/铁水包表面积)×100％。
步骤S1.2、KR搅拌过程中加入脱硫剂，加入量6.0～12.0kg/t铁水。
更进一步的，脱硫剂加入量与铁水硫含量关系如下：
当铁水中硫含量＜0.020％时，脱硫剂加入量为[6.0,7.5]kg/t铁水；
当铁水中硫含量＜0.030％时，脱硫剂加入量为[8.0,1.0]kg/t铁水；
当铁水中硫含量＜0.040％时，脱硫剂加入量为(1.0,10.0]kg/t铁水；
当铁水中硫含量＜0.050％时，脱硫剂加入量为(10.0,12.0]kg/t铁水。
更进一步的，所述脱硫剂主要由石灰、萤石混合而成，脱硫剂中CaO的质量百分含量≥ 75％，CaF2的质量百分含量为8～15％，硫的质量百分含量≤0.030％，脱硫剂的粒度为(0,5]mm。 KR搅拌速度10～120转/分钟，搅拌时间调整为1～12min；
脱硫处理后，控制铁水脱硫后铁水中硫质量百分含量小于0.0015％；铁水镇静2.0分钟后，扒除铁水表面浮渣，扒渣后铁水亮面＞85％。
步骤S2、超低硫钢冶炼前转炉硫负荷控制。
转炉生产超低硫钢的前一炉通过洗炉进行硫负荷控制，转炉终点硫的质量百分含量≤0.0080％，出完钢后翻渣60％以上后溅干。具体步骤如下：
步骤S2.1、转炉投入废钢、铁水的重量百分比分别为5～20％、80～15％，废钢重量百分比＝Ws/(Ws+Wh)×100％，式中：Ws为废钢加入量，单位为t；Wh为铁水加入量，单位为t。同时，加入的废钢中硫的质量百分含量≤0.030％，铁水中硫的质量百分含量≤0.0020％，扒渣后铁水亮面＞80％。
步骤S2.2、采用石灰、含镁材料造渣，富余热量矿石平衡。所述的含镁材料主要包括轻烧白云石、白云石、镁球，其中，石灰中硫的质量百分含量≤0.030％，轻烧白云石、白云石、镁球和铁矿石中硫的质量百分含量均≤0.035％。转炉富余热量矿石平衡时，控制造渣R＝3.0～4.0，渣中MgO的质量百分含量为4.0～7.0％。
控制顶吹强度为2.8～4.5Nm3/(t.min)。冶炼前期使用化渣枪位，中期采用脱碳枪位，后期按压枪枪位控制，使用化渣枪位时，控制在1.15×(45～55)×D喉；采用脱碳枪位时，控制在 1.15×(35～45)×D喉；采用压枪枪位时，控制在1.15×(25～35)×D喉；其中，D喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm。
控制过程底吹强度为0.03～0.08Nm3/(t.min)，出完钢后翻渣60％以上后溅干。
步骤S3、超低硫钢转炉冶炼；
步骤S3.1、采用顶底复吹转炉进行超低硫钢冶炼；投入废钢、铁水的重量百分比分别为 5～15％、85～15％，扒渣后铁水亮面＞85％；废钢的重量百分比＝Ws/(Ws+Wh)×100％，式中：Ws为废钢加入量，单位为t；Wh为铁水加入量，单位为t。同时，所述废钢化学成分中硫的质量百分含量≤0.030％；铁水化学成分中硫的质量百分含量≤0.0015％。
步骤S3.2、采用石灰、含镁材料(主要包括轻烧白云石、白云石、镁球)造渣，转炉富余热量矿石平衡；所述石灰中硫的质量百分含量≤0.030％，轻烧白云石、白云石、镁球、铁矿石中硫的质量百分含量均≤0.035％。
转炉富余热量矿石平衡，冶炼造渣R＝3.0～4.5，终渣中MgO的质量百分含量为4.0～7.0％。
更进一步的，开吹即加入石灰总质量的50～80％、含镁材料一次性全部投入，剩余石灰量在供氧量达75％前加完；矿石加入量遵循以下规则：
当矿石加入量小于10kg/t钢，脱碳期分批加入，当矿石加入量若大于10kg/t钢，吹炼三分钟内连投加入40～50％，其它脱碳期分批加入。
步骤S3.3、转炉供氧采用恒流量、变枪位操作。顶吹强度控制为2.8～4.5Nm3/(t.min)，冶炼前期采用化渣枪位，中期采用脱碳枪位，后期按压枪枪位控制。
更进一步的，所述化渣枪位为1.15×(45～55)×D喉，脱碳枪位为1.15×(35～45)×D喉，压枪枪位为1.15×(25～35)×D喉，所述D喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm；前期底吹强度控制为0.02～0.08Nm3/(t.min)，中期底吹强度控制为0.03～0.05Nm3/(t.min)；第一次测温取样后，控制后期底吹强度为0.05～0.20Nm3/(t.min)，出钢前底吹净搅不小于1.5min。
步骤S3.4、转炉终点控制：0.020wt％≤[O]≤0.080wt％；转炉[S]≤0.0025wt％；终点温度为1635℃～1610℃；
步骤S3.5、转炉出钢挡渣，下渣量小于5.0kg/t钢；出钢后转炉留渣溅渣，留渣量为30～60kg/t钢。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明提供了一种低成本、高命中率的转炉超低硫冶炼方法。原料适应性广，成本低，具体表现在废钢、石灰硫的质量百分含量≤0.030％，轻烧白云石、白云石、镁球、铁矿石硫的质量百分含量≤0.035％且废钢比高达15％的条件下可实现超低硫冶炼；
(2)本发明通过对冶炼前转炉硫负荷进行控制，使得转炉冶炼过程回硫＜0.00150％；
(3)采用低MgO、强底吹为特征的配料造渣方法，渣料消耗低且能显著提升硫在渣钢间的分配比，转炉终点硫含量＜0.00250％。
本发明通过对超低硫的冶炼方法进行优化设计，采用本发明的技术方案进行冶炼：实施效果如下：
1、铁水平均终点硫含量8.5ppm，一次处理合格率100％(＜15ppm)，脱硫剂减少1.23kg/t；
2、转炉终点平均硫含量11.3ppm，降低16.1ppm；
3、转炉平均回硫含量10.8ppm，回硫极低。
较现有超低硫钢冶炼工艺而言，本发明的技术方案钢水硫命中率更高，对原料硫含量的要求相对较低，实施可以大幅降低生产成本，缩短后工序处理周期，生产效率高，经济效益好。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明实施例中的脱硫站为KR机械搅拌，转炉为300t顶底复吹转炉。如表1至表8所示的实施例，以冶炼牌号W250为例，转炉冶炼过程底吹气体为氩气，具体操作如下：
(1)铁水脱硫处理,采用机械搅拌脱硫方式。
脱硫处理前铁水成分及温度：Si 0.30％～0.60wt％，S≤0.050wt％，[C]＞4.0wt％，铁水温度为1300～1450℃，实际生产中脱硫处理前铁水成分及温度见表1。
表1脱硫处理前铁水成分及温度
| 炉次 | Si％ | C％ | S％ | 温度℃ |
| 实施例1 | 0.40 | 4.41 | 0.25 | 1350 |
| 实施例2 | 0.35 | 4.52 | 0.21 | 1380 |
| 实施例3 | 0.42 | 4.45 | 0.42 | 1402 |
| 实施例4 | 0.55 | 4.41 | 0.34 | 1410 |
| 实施例5 | 0.47 | 4.50 | 0.20 | 1310 |
| 实施例6 | 0.38 | 4.47 | 0.22 | 1341 |
脱硫剂主要由石灰、萤石混合而成，脱硫剂中CaO的质量百分含量为85.3％，CaF2的质量百分含量为12.5％，硫的质量百分含量为0.020％，粒度为(0,5]mm；铁水镇静2.0～5分钟后进行扒渣，铁水脱硫参数见表2。
表2铁水脱硫参数
(2)超低硫钢冶炼前转炉硫负荷控制
转炉生产超低硫钢的前一炉通过洗炉进行硫负荷控制。具体步骤如下：转炉投入废钢、铁水的重量百分比分别为16.5％、83.5％，废钢、铁水加入量分别为53.6t、271.4t；废钢中硫的质量百分含量为0.026％，铁水中硫的质量百分含量为0.0015％，扒渣后铁水亮面为85％；采用石灰、轻烧白云石造渣，富余热量矿石平衡；石灰硫的质量百分含量0.028％，轻烧白云石、铁矿石硫的质量百分含量分别为0.023％、0.021％；转炉富余热量矿石平衡，造渣R为3.5，渣中MgO的质量百分含量为6.3％；顶吹强度为3.52Nm3/(t.min)；化渣枪位为2100±150mm，脱碳枪位为2400±150mm，压枪枪位为1850±150mm，D喉＝50.4mm；过程底吹强度为 0.03～0.08Nm3/(t.min)；终点硫为0.0050wt％，出完钢后翻渣70％左右后溅干。
(3)超低硫钢转炉冶炼
采用顶底复吹转炉进行超低硫钢冶炼，采用石灰、轻烧白云石造渣；废钢、铁水、石灰、含镁材料及矿石化学成分中硫的质量百分含量见表3；
表3原料硫含量/wt％
| 炉次 | 废钢硫含量 | 铁水硫含量 | 石灰硫含量 | 轻烧白云石硫含量 | 矿石硫含量 |
| 实施例1 | 0.020 | 0.001 | 0.025 | 0.020 | 0.021 |
| 实施例2 | 0.012 | 0.0008 | 0.024 | 0.024 | 0.020 |
| 实施例3 | 0.015 | 0.0012 | 0.027 | 0.021 | 0.023 |
| 实施例4 | 0.021 | 0.0011 | 0.023 | 0.020 | 0.021 |
| 实施例5 | 0.010 | 0.0007 | 0.021 | 0.022 | 0.027 |
| 实施例6 | 0.025 | 0.0001 | 0.021 | 0.020 | 0.021 |
废钢、铁水的投入量及石灰、轻烧白云石、矿石加入量见表4。
表4总投入量
造渣料加入时机及加入量见表5。
表5造渣料加入时机及加入量
转炉供氧采用恒流量、变枪位操作，顶吹强度3.5Nm3/(t.min)左右，枪位按“高-低-低”模式控制，前期枪位：1.15×(45～55)×D喉，中期枪位：1.15×(35～45)×D喉，后期枪位： 1.15×(25～35)×D喉，300转炉D喉＝50.4mm；枪位及流量、供氧强度见表6。
表6枪位及流量控制
前期底吹强度为0.02～0.08Nm3/(t.min)，脱碳期底吹强度为0.03～0.05Nm3/(t.min)；第一次测温取样后底吹强度为0.05～0.20Nm3/(t.min)，出钢前底吹净搅不小于1.5min。
底吹参数设定见表7。
表7底吹参数设定
转炉终点控制：0.020wt％≤[O]≤0.080wt％；转炉[S]≤0.0025wt％；终点温度为1670℃左右，终点状况见表8。
表8终点状况
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、1、10、11、12、13、14、15、16、17、18、11、20、21、22、 23、24、25、26、27、28、21、30、31、32、33、34、35、36、37、38、31、40、41、42、 43、44、45、46、47、48、41或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.1。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20 和50-10。
Claims (10)
1.一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、采用机械搅拌脱硫的方式进行铁水脱硫处理；
S1.1、铁水搅拌处理前扒除铁水表面浮渣，控制铁水亮面＞80％；
S1.2、KR搅拌过程中加入脱硫剂，脱硫剂的加入量为6.0～12.0kg/t铁水；
S1.3、铁水脱硫后铁水中硫质量百分含量小于0.0015％，进行铁水镇静、扒渣，扒渣后铁水亮面＞85％；
步骤S2、超低硫钢冶炼前转炉硫负荷控制：转炉生产超低硫钢的前一炉通过洗炉进行硫负荷控制，转炉终点硫的质量百分含量≤0.0080％，出完钢后翻渣60％以上后溅干；
步骤S3、超低硫钢转炉冶炼；
S3.1、采用顶底复吹转炉进行超低硫钢冶炼；
S3.2、采用石灰、含镁材料造渣，转炉富余热量矿石平衡；
S3.3、转炉供氧采用恒流量、变枪位操作；
S3.4、转炉终点控制：0.020wt％≤[O]≤0.080wt％；转炉[S]≤0.0025wt％；终点温度为1635℃～1610℃；
S3.5、转炉出钢挡渣，下渣量小于5.0kg/t钢；出钢后转炉留渣溅渣，留渣量为30～60kg/t钢。
2.根据权利要求1所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于，步骤S1中的铁水主要成分包括Si 0.30～0.60wt％，S≤0.050wt％，[C]＞4.0wt％，铁水温度为1300～1450℃。
3.根据权利要求2所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于，步骤S1.2中，脱硫剂加入量与铁水硫含量关系如下：
当铁水中硫含量＜0.020％时，脱硫剂加入量为[6.0,7.5]kg/t铁水；
当铁水中硫含量＜0.030％时，脱硫剂加入量为[8.0,1.0]kg/t铁水；
当铁水中硫含量＜0.040％时，脱硫剂加入量为(1.0,10.0]kg/t铁水；
当铁水中硫含量＜0.050％时，脱硫剂加入量为(10.0,12.0]kg/t铁水。
4.根据权利要求2所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于：步骤S1.2中，加入的脱硫剂中CaO的质量百分含量≥75％,CaF2的质量百分含量为8～15％，硫的质量百分含量≤0.030％，脱硫剂的粒度为(0,5]mm。
5.根据权利要求2所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于：步骤S1.2中，KR搅拌速度为10～120转/分钟，搅拌时间调整为1～12min。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于，步骤S2的处理具体包括如下步骤：
步骤S2.1、转炉投入废钢、铁水的重量百分比分别为5～20％、80～15％，废钢中硫的质量百分含量≤0.030％，铁水中硫的质量百分含量≤0.0020％，扒渣后铁水亮面＞80％；
步骤S2.2、采用石灰、含镁材料造渣，富余热量矿石平衡，造渣R＝3.0～4.0，渣中MgO的质量百分含量为4.0～7.0％；冶炼前期使用化渣枪位，中期采用脱碳枪位，后期按压枪枪位控制，控制顶吹强度为2.8～4.5Nm3/(t.min)；过程底吹强度为0.03～0.08Nm3/(t.min)。
7.根据权利要求6所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于：所述步骤S2.2中，使用化渣枪位时，控制在1.15×(45～55)×D喉；采用脱碳枪位时，控制在1.15×(35～45)×D喉；采用压枪枪位时，控制在1.15×(25～35)×D喉；其中，D喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于：步骤S3.1中，投入废钢、铁水的重量百分比分别为5～15％、85～15％，扒渣后铁水亮面＞85％，所述废钢化学成分中硫的质量百分含量≤0.030％；铁水化学成分中硫的质量百分含量≤0.0015％；步骤S3.2中，采用石灰、含镁材料造渣，转炉富余热量矿石平衡，冶炼造渣R＝3.0～4.5，终渣中MgO的质量百分含量为4.0～7.0％；步骤S3.3中，顶吹强度为2.8～4.5Nm3/(t.min)，冶炼前期采用化渣枪位，中期采用脱碳枪位，后期按压枪枪位控制。
9.根据权利要求8所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于：所述步骤S3.2中，开吹即加入石灰总质量的50～80％、含镁材料一次性全部投入，剩余石灰量在供氧量达75％前加完；矿石加入量遵循以下规则：
当矿石加入量小于10kg/t钢，脱碳期分批加入，当矿石加入量若大于10kg/t钢，吹炼三分钟内连投加入40～50％，其它脱碳期分批加入。
10.根据权利要求8所述的一种转炉冶炼超低硫钢的稳定控制方法，其特征在于：步骤S3.3中，所述化渣枪位为1.15×(45～55)×D喉，脱碳枪位为1.15×(35～45)×D喉，压枪枪位为1.15×(25～35)×D喉，所述D喉为氧枪喷头喉口直径，单位为mm；前期底吹强度控制为0.02～0.08Nm3/(t.min)，中期底吹强度控制为0.03～0.05Nm3/(t.min)；第一次测温取样后，控制后期底吹强度为0.05～0.20Nm3/(t.min)，出钢前底吹净搅不小于1.5min。
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