CN101041878A

CN101041878A - 一种非晶用低锰、低硫原料纯铁及其生产方法

Info

Publication number: CN101041878A
Application number: CN 200710098601
Authority: CN
Inventors: 张慧; 张兴中; 颜慧成; 姬秀琴; 仇圣桃; 彭世恒; 刘和平; 蒋伯群
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2027-04-23
Also published as: CN100500913C

Abstract

本发明涉及一种非晶用低猛、低硫原料纯铁的成分及生产方法，该原料纯铁特征在于其重量百分比组成为：C：0.03－0.07％，Si：0.10－2.0％，Mn：0.03－0.06％，P：≤0.02％，S：≤0.005％，Al：≤0.02％，Sn≤0.008％，Ti≤0.01％。其生产采用非真空工艺，利用铁水预处理－转炉吹炼－LF精炼－方坯连铸生产流程，其中：进行铁水预处理降低铁水中S含量，转炉炼钢采用双渣法或者多次造渣，转炉深脱碳、脱锰，出钢时严格控制下渣量；炉后采用FeSi、Al或者单独用Al进行预脱氧，全程底吹搅拌；精炼工序利用硅铁与硅钙进行扩散脱氧，深脱硫、降Al、升温，喂钙线软搅拌后经连铸成纯铁坯料。

Description

一种非晶用低锰、低硫原料纯铁及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，特别涉及一种低猛、低硫原料纯铁的成分设计及生产方法，尤其适用于非晶合金及相关材料的生产。

背景技术

原料纯铁是开发钢铁新材料的基础原料，随着近年来新材料的品种增加和产量的上升，原料纯铁的研发与应用也日益受到重视。根据国家标准(GB9971-88)的规定，原料纯铁的主要用途与化学成分如表1，原料纯铁成分由于应用条件的不同存在很大差异，为此，国内主要生产企业都相应建立自己的牌号，如论文《太钢原料纯铁的现状与发展》(张宇斌，《太钢科技》2002年第1期，第6～9页)报道，太钢集团开发了超低碳高纯度系列原料纯铁，其牌号分别为YT00、YT0(表2)，在国家标准的基础上进一步提高了C、P、S纯度。实际应用中，由于原料纯铁涉及元素多，每个元素成分含量纯净度不一，所熔炼的材料对原料纯铁的每个成分要求也不一致，因此目前这些品牌与规格还不能完全满足市场需要。

表1YT系列纯铁化学成分(GB9971-88)

原料纯铁	牌号	主要用途	化学成分％(不大于)
			化学成分％(不大于)									C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al
			YT₁F	一般重熔合金用沸腾纯铁	0.04	0.03	0.10	0.15	0.025	0.10	0.20	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al	0.15	-
	YT₂F	高纯度沸腾纯铁，粉末冶金用原料	YT₁F	一般重熔合金用沸腾纯铁	0.04	0.03	0.10	0.15	0.025	0.10	0.20	0.025	0.02	0.035	0.015	0.020	0.10	0.20	0.15	-	0.15	-
	YT₂F	高纯度沸腾纯铁，粉末冶金用原料	YT₃	一般重熔合金用镇静纯铁	0.04	0.20	0.30	0.020	0.020	0.10	0.20	0.025	0.02	0.035	0.015	0.020	0.10	0.20	0.15	-	0.15	0.65
	YT₄	高纯度镇静纯铁，真空感应炉及超低碳不锈钢等用原料	YT₃	一般重熔合金用镇静纯铁	0.04	0.20	0.30	0.020	0.020	0.10	0.20	0.025	0.15	0.30	0.010	0.010	0.10	0.20	0.15	0.10	0.15	0.65

表2太钢集团开发的部分高纯度原料纯铁

原料纯铁	牌号	主要用途	化学成分％(不大于)
			化学成分％(不大于)									C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al
			YT₀	高纯度镇静纯铁，真空感应炉及超低碳不锈钢等用原料	0.008	0.03	0.16	0.012	0.009	0.03	0.03	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al	0.03	0.06
	YT₀₀	高纯度镇静纯铁，真空感应炉及超低碳不锈钢等用原料	YT₀	高纯度镇静纯铁，真空感应炉及超低碳不锈钢等用原料	0.008	0.03	0.16	0.012	0.009	0.03	0.03	0.005	0.05	0.12	0.009	0.006	0.02	0.02	0.03	0.04	0.03	0.06

根据非铁元素去除工艺的不同，可以初步将纯铁元素分为三类：第一类为C、气体，采用真空处理深度去除；第二类为Mn、P、S等，在非真空冶炼过程中去除；第三类为Cu、Cr、Ni、Sn、Ti等，其含量主要决定于原料状况。目前原料纯铁的应用与开发主要围绕第一类元素尤其是C进行，当冶炼超纯纯铁(C≤0.025％)时，真空处理成为主要的冶炼手段。论文《太钢原料纯铁的现状与发展》(《太钢科技》2002年第1期)中报道，太钢冶炼YT01、YT00、YT0系列产品时采用铁水预处理脱S、转炉吹炼、RH真空精炼、连铸的生产工艺流程，其中RH主要是为了进行深脱碳。小规模的纯铁生产工艺有采用其它真空设备的，论文《超纯工业纯铁的冶炼技术探讨》(蔡永成，《钢铁》2000年第35卷第二期，第16～18页)报道抚顺特钢利用20t电弧炉和30t VHD/VOD精炼炉三联工艺开发超纯工业纯铁，主要成分C 0.0020％-0.006％，Mn 0.02-0.06％，Si0.02-0.045％，Si 0.0010-0.0017％，P 0.0024-0.0035％；该论文还报道长城特钢利用电弧炉和真空感应炉炼出了C 0.0033％、S 0.0025％、P 0.0028％的高纯净度的工业纯铁；显然，真空处理在进行深脱碳的同时也增加了原料纯铁的制造成本。国内外关于纯铁的专利中，较多的是开发电工纯铁的报道，其要求C≤0.010％。太原钢铁(集团)有限公司申请的发明专利(申请号200510048127.1，申请日2005.11.25)公开了”低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料制造方法”，它通过铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼和真空精炼，成品钢水的成分为：C≤0.010％，Si≤0.10％，Mn≤0.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al＝0.50％～0.80％，[O]、[N]＜40ppm，日本专利JP5306437开发纯铁作为磁性材料，成分为C≤0.005％，Si≤0.02％，Mn≤0.15％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al≤0.01％，N≤0.005％，Mg0.001-0.015％；专利JP1139739开发的纯铁成分C≤0.02％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.01％。所有这些流程采用转炉冶炼后真空处理进行脱碳。

在实际应用中，由于新材料熔炼技术的进步大大减少了熔炼过程的增碳，使得一些材料对原料纯铁并不要求很低的C含量，如非晶用原料纯铁要求0.025≤C≤0.07％，而第二类元素Mn、S含量低(Mn≤0.04％、S≤0.05％)，第三类元素Sn、Ti等(Ti≤0.01％、Sn≤0.008％)超低含量，采用常规的转炉流程即可进行碳的控制，但由于对Mn、S、Sn、Ti等元素要求较高，现行冶炼工艺不能满足生产的需要。该类纯铁的冶炼需要选用残余元素少的铁水，在冶炼过程中需要采用适宜的转炉吹炼、炉外精炼工艺，充分进行脱锰和脱硫才能达到目的。

发明内容

本发明的目的是为了设计一种非晶用低锰、低硫原料纯铁的成分，同时获得该原料纯铁的生产工艺，该原料纯铁适用于非晶合金及相关材料的生产。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

本发明的一个方面是提供了一种非晶用低锰、低硫原料纯铁，其成分按重量百分比为：C 0.03-0.07％，Si 0.10-2.0％，Mn 0.03-0.06％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al≤0.02％，Sn≤0.008％，Ti≤0.01％，其余为Fe。

该原料纯铁的产品是连铸方坯或棒材。

本发明的另一个方面是提供了一种上述非晶用低锰、低硫原料纯铁的生产方法，包括如下非真空冶炼步骤：铁水预处理—转炉吹炼—LF精炼—连铸成坯。

转炉吹炼和/或LF精炼步骤包括高Si的造渣工艺。

转炉吹炼步骤中采取两次或多次倒渣。

铁水预处理步骤控制铁水中S、P降低到：S≤0.02％，P≤0.04％。

转炉吹炼过程中的第一次或前两次倒渣在1420℃～1560℃温度条件下进行。

转炉吹炼步骤控制下渣量＜6公斤/吨钢。

转炉吹炼出钢过程采用Al或Al加低碳FeSi进行预脱氧；精炼终脱氧采用CaSi或CaSi加低碳FeSi。以防止脱氧和精炼工序钢水中的Mn和C含量增加。

采用LF精炼炉进行深脱硫，使钢水中S≤0.005％。

本发明的第三方面是提供了一种非晶用低锰、低硫原料纯铁的用途：用于非晶合金及相关材料的熔炼原料。

综上所述，根据上述目的，本发明根据非晶合金生产的需要，对该原料纯铁成分和生产方法分别进行改进。

改进的原料纯铁成分

确定本发明原料纯铁成分范围如表3所示，成分特点体现在低碳、低硫、低锰和残余元素的严格控制上。

表3本发明原料纯铁成分要求范围(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	Al	Cu	Ti	Sn
	C	Si	Mn	P	S	Al	Cu	Ti	Sn	范围	0.03-0.07	0.1-2.0	0.03-0.06	≤0.02	≤0.005	≤0.02	≤0.025	≤0.01	≤0.008

与现有技术相比，本发明在成分方面关键的改进在于：

Si 0.1-2.0％：本发明由于工艺决定，Si的含量应在0.1-2.0％。并且现有技术中对Si的含量要求较低，例如论文《太钢原料纯铁的现状与发展》(张宇斌，《太钢科技》2002年第1期，第6～9页)报道，其牌号YT00、YT0的Si含量分别为0.05％、0.03％，一般要求0.02-0.05％，因为现有生产技术中，由于转炉吹炼脱碳，低Si含量是必然的，同时低Si含量也是现有纯铁成分的要求；本发明得到的Si含量较高，一方面是炼钢脱氧的需要，另一方面得到的高Si含量的原料纯铁，可以减少熔炼非晶合金时Si的加入量。

相关的冶炼工艺

根据碳含量特点，采用非真空工艺，以常规流程铁水预处理-转炉吹炼-LF精炼-方坯连铸生产工艺为依托，将铁水进行预处理降低铁水中S含量，转炉全铁水或者少加废钢，可以使用残余元素少的铁水或者生铁做原料，炼钢采用双渣法或者多次倾渣，转炉吹炼过程中的第一次或前两次倒渣在较低的温度条件下进行，如1420℃-1560℃，以大量去除渣中MnO。转炉深脱碳、脱锰，转炉出钢时采用双挡渣操作，严格控制下渣量，通过稀释、降低渣中MnO含量，降低转炉出钢的钢水Mn含量；所述转炉吹炼要严格控制转炉出钢过程的下渣量，如下渣量小于每吨钢6公斤，以防止脱氧和精炼工序渣中MnO被大量还原，造成钢水中的Mn增加。转炉吹炼过程中的第一次或前两次倒渣应该在较低的温度条件下进行，如1420℃-1560℃，以大量去除渣中MnO。转炉冶炼出钢过程采用Al或Al加低碳FeSi进行预脱氧；

采用LF精炼炉进行深脱硫，使钢水中S≤0.005％。炉后采用FeSi、Al或者单独用Al进行预脱氧，精炼终脱氧采用CaSi或CaSi加低碳FeSi。以防止脱氧和精炼工序钢水中的Mn和C含量增加，全程底吹搅拌，精炼工序硅钙扩散脱氧，进行深脱硫、降Al、升温；喂硅钙线后软搅拌出站，连铸成连铸坯。产品形式可以是各种尺寸的连铸方坯，也可以轧制成各种规格的棒材。

原料纯铁状态：铸态坯料或者棒材。

本发明的特点在于：

1)本发明提供了一类低C、低Mn、低S的原料纯铁的成分范围，

其特点是0.03≤C≤0.07％、0.03％≤Mn≤0.06％、0.1％≤Si≤2.0％、S≤0.005％、Al≤0.02％、Ti≤0.01％、Sn≤0.008％。

2)本发明对入炉炉料要求严格，铁水为预处理后的低硫铁水，不加或者少加废钢，避免Sn、Ti、Cu等残余元素过量。

3)转炉工序采用双渣工艺，生产时可以根据情况实施两次或多次倒渣，稀释转炉渣中MnO含量。

4)本发明采用常规工艺流程，转炉深脱碳，LF精炼进行深脱硫。

5)本发明的低硫、低锰原料纯铁推荐以连铸坯料做原料形式。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于能够提供一种低猛、低硫原料纯铁，同时Si含量较高，可满足生产非晶合金及相关材料的应用。

具体实施方式

以下结合实施例详细描述本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于实施例。

实施例1：

本实施例生产本发明非晶用低S、低Mn原料纯铁，本实施例包括以下工艺步骤：

一、铁水预处理

铁水通过镁脱硫，入炉铁水成分为：Si 0.40％、P 0.04％、S0.02％、Mn 0.3％。

二、转炉吹炼

①入炉炉料全部采用铁水，转炉容量90吨。

②采用双渣操作，第一批渣料化好，倒出2/3熔渣，然后重新造渣，终渣成分CaO 42％、MgO 11％、SiO₂ 10％、P₂O₅ 1.2％、MnO 1.5％、T_Fe 20％。

③出钢温度1630℃，终点成分：C 0.035％，Si 0.001％，Mn 0.04％，S 0.012％，P 0.009％。

④出钢采取双挡渣操作，出钢过程加硅铁、Al锭，炉后钢包全程搅拌。

三、LF精炼

①脱氧脱硫：采用FeSi、硅钙进行扩散脱氧，保持白渣时间大于20min。顶渣成分CaO 51％、Al₂O₃ 18％、SiO₂ 8％、MgO 8％、FeO 0.4％。

②吹氩搅拌：精炼前期，采用较大吹氩搅拌强度，中后期适当减小搅拌强度；软吹时间≥10min。

③终点成分：

元素	C	Si	Mn	P	S	Al	Sn	Ti
元素	C	Si	Mn	P	S	Al	Sn	Ti	含量，％	0.04	0.4	0.04	0.01	0.005	0.008	0.002	0.003

④加热：升温速度4℃/min，出钢温度第一包1620℃，连浇包1600℃。

四、方坯连铸

①大包采用长水口保护，结晶器采用浸入式水口，进行全保护浇注。

②中间包温度1560℃、拉速2.2m/min。

③浇注成130mm×130mm×6m连铸坯。

在本发明指导下，本实施例采用常规工艺路线，在铁水预处理-转炉吹炼-LF精炼-小方坯连铸生产工艺流程中生产出低硫、低锰的原料纯铁连铸小方坯，满足生产非晶合金的应用。

实施例2：

一、铁水预处理

铁水经过镁脱硫后，入炉成分为：Si 0.55％、P 0.035％、S 0.01％、Mn 0.15％。

二、转炉吹炼

①转炉容量120吨，入炉炉料为120吨铁水、5吨废钢，废钢主要成分为：P 0.04％、S 0.035％、Mn 0.25％。

②采用三次造渣，第一批渣料化好，倒出1/2熔渣，然后重新造渣，第二批渣料化完后，倒出1/2熔渣，重新造新渣，终渣成分CaO45％、MgO 9％、SiO₂ 11.5％、P₂O₅ 1.3％、MnO 1.3％、T_Fe 23.5％。

③出钢温度1640℃，终点成分：C 0.032％，Si＜0.001％，Mn 0.035％，S 0.015％，P 0.01％。

④出钢采取双挡渣操作，出钢过程加硅铁，炉后吹氩站喂铝线，钢包全程搅拌。

三、LF精炼

①脱氧脱硫：采用FeSi、硅钙进行扩散脱氧，保持白渣时间大于20min。终渣成分CaO 48％、Al₂O₃ 20％、SiO₂ 12％、MgO 7％、FeO 0.6％。

②吹氩搅拌：精炼前期，采用较大吹氩搅拌强度，中后期适当减小搅拌强度；喂CaSi线后，软吹时间≥10min。

③终点成分：

元素	C	Si	Mn	P	S	Al	Sn	Ti
元素	C	Si	Mn	P	S	Al	Sn	Ti	含量，％	0.042	0.38	0.038	0.012	0.004	0.006	0.004	0.002

四、方坯连铸

②中间包温度1560℃、拉速2.0m/min。

③浇注成150mm×150mm×6m连铸坯。

Claims

1.一种非晶用低锰、低硫原料纯铁，其特征在于：其成分按重量百分比为：C 0.03-0.07％，Si 0.10-2.0％，Mn 0.03-0.06％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al≤0.02％，Sn≤0.008％，Ti≤0.01％，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的原料纯铁，其特征在于：Si 0.10-2.0％。

3.根据权利要求1所述的原料纯铁，其特征在于：其产品是连铸方坯或棒材。

4.一种非晶用低锰、低硫原料纯铁的生产方法，其特征在于：

1)纯铁的成分按重量百分比为：C 0.03-0.07％，Si 0.10-2.0％，Mn 0.03-0.06％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al≤0.02％，Sn≤0.008％，Ti≤0.01％，其余为Fe；

2)生产方法包括如下非真空冶炼步骤：铁水预处理-转炉吹炼-LF精炼-连铸成坯。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述转炉吹炼步骤中采取两次或多次倒渣。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述铁水预处理步骤控制铁水中S、P降低到：S≤0.02％，P≤0.04％。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于：转炉吹炼过程中的第一次或前两次倒渣在1420℃-1560℃温度条件下进行。

8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述转炉吹炼步骤控制下渣量＜6公斤/吨钢。

9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：转炉吹炼出钢过程采用Al或Al加低碳FeSi进行预脱氧；精炼终脱氧采用CaSi或CaSi加低碳FeSi，以防止脱氧和精炼工序钢水中的Mn和C含量增加。

10.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：采用LF精炼炉进行深脱硫，使钢水中S≤0.005％。

11.一种非晶用低锰、低硫原料纯铁的用途，其特征在于：用于非晶合金及相关材料的熔炼原料。