CN1258607C - 钢的钢包精炼方法 - Google Patents

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Abstract

在钢包内加热钢料和造渣材料以形成由含硅、锰和钙的氧化物的炉渣覆盖的钢水。通过向钢水内注入惰性气体如氩气或氮气而搅拌钢水促使硅/锰脱氧和脱硫以生产硅/锰镇静钢。通过注入惰性气体的钢水搅拌并与高氧化钙含量的炉渣共同产生了钢的低游离氧含量和脱硫到低于0.009%的硫含量。通过添加石灰使炉渣增厚以阻止硫返回到钢水并向钢水中注入氧气以提高游离氧含量，以便在双辊连铸机上生产易于浇铸的钢。

Description

钢的钢包精炼方法
技术领域
本发明涉及钢的钢包精炼方法。它特别是，但不是唯一地，应用于可在连续的带坯连铸机上直接浇铸成薄带钢的钢的钢包精炼。
已知可通过在双辊连铸机上连续浇铸而浇铸带钢。在这类方法中，钢水被送入一对反向旋转的卧式冷却的铸辊间，以使钢壳在移动的铸辊表面上凝固并在铸辊间隙聚集以产生沿铸辊间隙向下输送的凝固带钢产品。钢水也可通过中间包和位于中间包下部的钢水输送喷嘴送入辊口以使能从中间包接受钢水并直接输送到辊口，从而立即在辊口上形成支撑于铸辊浇铸面上的浇注池。这种浇注池可被限制在侧板间或与铸辊端以滑动啮合保住的挡板间。
双辊连铸已成功地用于冷却时能快速凝固的非铁金属如铝方面。但是，在将这种技术应用于浇铸铁金属时还存在问题。对铁金属来说，一个特殊的问题是存在产生堵塞双辊连铸机所需的特细钢水通道的固体夹杂物的倾向。
在Bessemer法炼钢早期的钢锭产品中就实现了在钢的钢包脱氧中使用硅-锰，象这种反应产物熔融硅酸锰与钢液中的残余锰、硅和氧间的平衡关系已为人熟知。但是，在用板坯浇铸然后再冷轧制造带钢的技术发展中，一般都避免硅/锰脱氧并认为必须使用铝镇静钢。在用板坯浇铸然后再热轧再冷轧制造带钢时，硅/锰镇静钢产生了由于夹杂物在带钢产品的中间层集中而产生裂纹和其它缺陷的不能接受的高发生率。
在双辊连铸机上连铸带钢时，希望沿铸辊长度方向上产生以恒定速度良好控制钢水流以获得在铸辊浇铸面上钢的充分快速并均匀冷却。这就要求钢水在固体夹杂物会析出并堵塞细流体通道的条件下，被强制流过钢水输送***中耐火材料内的很细的流体通道。
通过在连续带钢的浇铸轧辊机上浇铸各种等级带钢的大量实施方案，我们确定传统铝镇静碳钢或以铝残余量为0.01％或更高的部分镇静钢一般不能被满意地浇铸，因为固体夹杂物在钢水输送***中聚集并堵塞了细流体通道从而在得到的带钢产品中产生了缺陷和不连续性。这个问题可通过对钢进行钙处理以减少固体夹杂物来解决，但这个方法代价高且需要精细控制，增加了过程和设备复杂性。另一方面，还发现，由于在双辊连铸机上获得的快速凝固避免了大量夹杂物的产生并且双辊连铸方法导致夹杂物在整个带钢内均匀分布而不是在中间层集中，所以能浇铸出没有裂纹和一般硅/锰镇静钢伴有的其它缺陷的带钢产品。另外，可调整硅和锰的含量以便在浇铸温度下产生液体脱氧产物使聚集和堵塞问题降至最小。
在传统硅/锰脱氧过程中，不可能使钢水中的游离氧浓度降低到与铝脱氧达到的同样水平从而又抑制了脱硫。对于带钢连铸，希望硫含量小于0.09％或更低。在钢包中的传统硅/锰脱氧过程，尤其是在使用工业等级钢废料以电弧炉法(EAF)生产带钢的情况下，脱硫反应非常慢，因而对获得如此低的脱硫水平是不实用的。这类废料典型的硫含量在0.025wt％-0.045wt％范围内。本发明能使硅/锰镇静钢的脱氧和脱硫以及硅/锰镇静钢范围内的高硫钢的精炼更有效，从而能生产适于薄带钢连铸的低硫钢。
本发明的公开内容
根据本发明的具体实施方式，提供一种在钢包内精炼钢的方法，包括加热钢包内的钢料和造渣材料以形成由含硅、锰和钙的氧化物的炉渣覆盖的钢水，通过向钢水内注入惰性气体而搅拌钢水以促使钢的硅/锰脱氧和脱硫以生产硫含量低于0.01wt％的硅/锰镇静钢水。
脱硫过程中钢水的游离氧含量不超过20ppm。
脱硫过程中的游离氧含量例如为12ppm或更低。
惰性气体例如为氩气。
惰性气体可以按钢包中每吨钢计以0.0099m3/分钟-0.0425m3/分钟(0.35标准立方英尺/分钟(scf/min)-1.5标准立方英尺/分钟(scf/min))的速度注入到钢包中钢水底部，以形成能改善钢水和炉渣间有效接触的强烈搅拌作用。
惰性气体可通过钢包底部的喷射器和/或通过至少一个喷枪注入钢水。
钢水的碳含量在0.001wt％-0.1wt％范围内，锰含量在0.1wt％-2.0wt％范围内，硅含量在0.1wt％-10wt％范围内。
钢水的铝含量为0.01wt％或更低。铝含量可少至例如0.008wt％或更低。
根据本发明的方法生产的钢水可在薄带钢连铸机上浇铸成厚度小于5mm的薄带钢。
钢包加热可在钢包冶金炉(LMF)内进行。LMF有以几个功能，包括：
1.加热钢包内的钢水到适于后续处理如连续浇铸操作所要求的出口温度。
2.调整钢组成到后续过程的特定要求。
3.实现钢中硫含量降低到最终目标硫含量。
4.实现液态钢池内的热均匀性和化学均匀性。
5.氧化物夹杂物的团聚和浮选及它们的随后在精炼炉渣中的捕集与保留。
在传统钢包冶金炉(LMF)内，可通过电弧加热器加热。钢水必须由精炼炉渣重物覆盖，并为满足温度均匀需要强行进行轻微循环。这可通过电磁搅拌或轻微氩气鼓泡而达到。炉渣的重量和厚度要足以封闭电弧，其组成和物理性能(即流动性)要能使炉渣捕集和保留由脱氧反应和/或大气氧的反应所产生的硫、固态和液态氧化物夹杂物。
可通过注入惰性气体如氩气或氮气搅拌钢水以促进钢包内的炉渣-金属混合和钢的脱硫。通常，惰性气体可通过位于钢包底部的透气的耐火砌块或通过喷枪注入。现在我们确定如果实现异常强烈或猛烈搅拌作用，例如通过浸入到钢水内的喷枪注入氩气，与富含CaO的炉渣共同作用，可能会得到明显非平衡结果，如由于硅脱氧而得到的不含氧的超低碳钢。特别是，与期望的50ppm的结果相比，能容易地获得10ppm的游离氧含量。低的游离氧含量使脱硫更有效，从而可能获得硅/锰镇静钢中的超低硫含量。
具体地说，我们确定通过喷枪按每吨具有CaO含量高的渣液的钢水计，以0.35scf/min-1.5scf/min的流速注入氩气，能在1600℃时的硅/锰体系下得到低于12ppm或低至8ppm的游离氧，并能迅速脱硫达到硫含量低于0.09％。可以认为钢水的猛烈搅拌促进了液渣与钢水间的混合并促进了钢水中硅与游离氧的反应产物SiO2的脱除，因此促进了硅脱氧反应的持续进行从而产生比铝脱氧正常期望的更低的游离氧的含量。
当脱硫步骤完成时，可增厚炉渣以阻止硫返回到钢水，然后向钢水中注入氧气以提高游离氧的浓度到50ppm，以便生产在双辊连铸机上易于浇铸的钢水。
附图简介
为了更充分地解释本发明，将参考附图和描述的具体实施方式，附图为钢包冶金炉的部分侧视图。
优选实施方式的详细描述
在本发明的具体实施方式中，使用钢包冶金炉10在钢包17内加热并精炼钢料和造渣材料，以形成由炉渣覆盖的钢水池。其中炉渣包含硅、锰和钙的氧化物。参考图，钢包17支撑在罐车14上，配置罐车是用于把钢包从钢包冶金炉10沿工厂平台12移动到双辊连铸机(未示出)。在钢包17内用一个或多个电极38加热钢料或钢水池。电极38由导电臂36和电极柱39支撑。导电臂36由在支撑结构37内配置的可移动的导电柱39支撑。导电臂36支撑电极38并从变压器(未示出)向其导入电流。配置电极柱39是移动电极38并使导电臂36上下或围绕柱39的纵轴移动。操作时，当柱39降低时，为了加热钢包17内的钢，电极38通过炉罩或排气罩34上的孔(未示出)和炉盖32上的孔(未示出)降低到钢包17内炉渣以下。液压缸33在由提升位置和操作时的低位置间上下移动盖32和炉罩34，其中盖32安置在钢包17上。挡热板41保护电极支撑和调整由炉产生热量的部件。尽管只示出了一个电极38，但可理解也可提供附加的电极38用于加热。各种炉件，如盖32、液压缸33和导电臂36均为水冷。也可使用其它合适的冷却剂和冷却技术。
搅拌喷枪48通过支撑臂47可移动地安装在喷***撑柱46上。支撑臂47沿柱46上下滑动，并围绕在柱46的纵轴旋转以在钢包17上方摆动喷枪48，然后将喷枪48通过罩34和盖32的孔(未示出)降低以***到钢包池内。喷枪48和支撑臂47在提升位置时用虚线表示。将惰性气体例如氩气或氮气通过喷枪48鼓泡进入以便搅拌或循环钢水池以获得均匀温度和均匀成分，进而促使钢水脱氧和脱硫。另外，也可通过配置在钢包17底部的耐火砌块(未示出)如均质多孔或毛细孔的砌块鼓泡吹入惰性气体以达到同样效果。也可通过电磁搅拌或其它替代方法与注入惰性气体共同完成搅拌。
这样钢水的化学成分就产生了富含CaO的炉渣体系。用于搅拌的惰性气体如氩气或氮气的注入随着硅脱氧产生了很低的游离氧含量和随后的脱硫达到超低硫含量。然后添加石灰使炉渣变厚以阻止硫返回到钢水，同时使用例如喷枪向钢水中注入氧使游离氧含量提高到50ppm以生产易于在双辊连铸机上浇铸的钢水。随后钢水被输送到双辊连铸机上浇铸成薄带钢。精炼过程中除去的化合物将同游离氧反应形成出现在炉渣中的氧化物，如SiO2、MnO和FeO。
在LMF的容量为120吨的钢包中进行的通过埋入式喷枪注入氩气的具体方法的试验结果列于下表1。
表1
熔炼过程
关键步骤汇总如下：
C Mn Si S O T
  1.电弧炉出钢口的化学组成   0.047   0.04   0.0   0.031   1041   1674(3045)
  出钢口添加物：500磅Fe-Si，1600磅高钙石灰(hi Cal time)，500磅晶石钢包冶金炉添加物：1200磅中碳钢Fe-Mn，210磅晶石氩气搅拌(脱硫)后
  2.L1(在钢包冶金炉)   0.044   0.46   0.095   0.032   102   1619(2947)
  3.L2(第一次4分钟搅拌后)   0.057   0.49   0.06   0.015   26.7   1624(2955)
  添加200磅Fe-Si+250磅石灰
  4.L3(第二次4分钟搅拌后)   0.054   0.5   0.18   0.008   8   1604(2920)
  熔渣增厚1000磅石灰用于增厚熔渣
  5.L4(熔渣增厚后)   0.057   0.49   0.09   0.01   16.6   1626(2958)
  氧气注入第1支喷枪1分钟3秒，第2支喷枪2分钟48秒
  6.L5   0.058   0.48   0.086   0.01   63.9   1608(2926)
  7.L6(从L5开始16分钟后)   0.06   0.48   0.08   0.01   59.5   1599(2911)
  8.L7(20分钟后)   0.06   0.48   0.078   0.01   50.3   1592(2998)
  9.L8(24分钟后)   0.058   0.48   0.075   0.01   55   1614(2938)
  夹杂物分析氧气注入前(氩气搅拌后)
  样品号     CaO     MgO     Al2O3     SiO2     MnO     FeO
  L2     17.73     8.91     22.27     48.77     1.21     1.12
  L3     8.9     19.9     26.8     37.9     4.5     1.9
  L4     6.03     17.43     43.28     30.85     1.72     0.7
  氧气注入后
  L5     2.71     1.32     16.79     58.81     20.12     0.25
  L6     2.68     3.37     22.19     54.0     17.70     0.06
  L7     1.7     3.8     31.3     40.6     21.1     1.5
从表1结果看出，在添加1000磅石灰使炉渣变厚以用于炉渣分离前，硫含量最初降低到0.008％，但在增厚炉渣过程中，又轻微回升到0.01％。
如上面所提到的，当用双辊把普通碳钢直接浇铸成薄带钢时，可使用硫含量低于0.01wt％的硅/锰镇静钢。从上面试验结果可看出，这可通过本发明的方法而容易完成。浇铸可随后按美国专利US 5184668和US 5277243已充分描述的一类双辊连铸机上进行，以生产厚度小于5mm的带钢，例如厚为1mm或更小。
尽管已在附图和前述的描述中详细说明和描述了本发明，但其仅被视为用来说明其特征而不是对特征的限制，应理解本发明只给出和描述了优选实施方式，所有落在本发明精神范围的变更都期望得到保护。

Claims (14)

1.一种在钢包内精炼钢的方法，包括在钢包内加热钢料和造渣材料以形成由含硅、锰和钙的氧化物的炉渣覆盖的钢水，通过向钢水内注入惰性气体而搅拌钢水以促使钢的硅/锰脱氧和脱硫以生产硫含量低于0.01wt％的硅/锰镇静钢水，其中，在脱硫结束时，使炉渣增厚以阻止硫返回到钢水，然后向钢水中注入氧气以提高其游离氧的含量以生产硫含量低于0.01wt％以及在双辊连铸机上易于浇铸的钢。
2.根据权利要求1的方法，其中使炉渣增厚是通过向其中添加石灰。
3.根据权利要求1的方法，其中在1600℃注入氧气提高钢中游离氧的浓度到50ppm。
4.根据权利要求1，2或3的方法，其中，钢水的碳含量在0.001wt％-0.1wt％范围内，锰含量在0.1wt％-2.0wt％范围内，硅含量在0.1wt％-10wt％范围内。
5.根据权利要求1的方法，其中，惰性气体是按钢包中每吨钢水计以0.0099m3/分钟-0.0425m3/分钟的速度注入钢包中的钢水底部，以产生能促进钢水和炉渣间有效接触的强烈搅拌作用。
6.根据权利要求1的方法，其中，钢的铝含量为0.01wt％或更低。
7.根据权利要求6的方法，其中，铝含量为0.008wt％或更低。
8.根据权利要求1的方法，其中，脱硫后的钢的硫含量小于0.009％。
9.根据权利要求1的方法，其中，在脱硫过程中钢水的游离氧含量不超过20ppm。
10.根据权利要求9的方法，其中，脱硫过程中的游离氧含量为12ppm或更低。
11.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其中，惰性气体为氩气。
12.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其中，惰性气体为氮气。
13.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其中，至少部分惰性气体通过钢包底部的喷射器注入到钢水。
14.根据前述权利要求1-3中任一项的方法，其中，至少部分惰性气体是通过至少一个向下***到钢包中钢水底部的喷枪而注入到钢水。
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