CN101096716A

CN101096716A - 一种高级别管线钢的电炉冶炼方法

Info

Publication number: CN101096716A
Application number: CNA2006100180122A
Authority: CN
Inventors: 刘文晓; 郭桐; 林建农; 李经涛; 刘生; 常跃峰; 谢良法; 韦明; 赵向政; 任荣; 吕建会; 陈耀辉; 刘利香; 王学智
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: CN100513587C

Abstract

本发明涉及一种高级别管线钢的电炉冶炼方法，包括以下步骤：取重量含量为60％-70％的热铁水、5％-10％的生铁、15％-30％的废钢及5％-20％的海绵铁进行配料，将配好的料送入电炉进行冶炼，冶炼周期为45-55分钟；电炉工艺采用泡沫渣技术；然后进行真空自然氧脱碳，电炉出钢后，钢中富裕氧含量，在真空状态下与钢中的碳进行反应；然后送入LF精炼炉进行精炼造渣，精炼渣碱度控制在2.5-3.5之间(其二元碱度控制在5-7之间)，加入脱氧剂进行脱氧，并将氩气流量控制在300L/min，在20分钟内加入电解锰等合金，当温度升至1600℃左右时，在脱氧良好的情况下，即可同步完成90％的脱硫任务，精炼后期，氩气流量减小到100L/min，少量补加硅铁粉和石灰；然后进行真空处理，再经过连铸工序即可得成品。

Description

一种高级别管线钢的电炉冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种高级别管线钢的电炉冶炼方法，属管线钢冶炼方法领域。

背景技术

目前，国内高级别管线钢的生产以转炉钢为主，采用电炉冶炼的只有舞阳钢铁公司一家。南京转炉炼钢厂、上海宝钢梅山炼钢厂等国内钢厂均采用预处理铁水+转炉冶炼+LF精炼+RH(VD/VOD)真空处理+连铸工艺生产管线钢。转炉用铁水需要全部经过三脱处理，方可精确控制出钢终点[C]含量和[O]含量；精炼过程大量使用精炼预熔渣，使用的脱氧剂为铝粒、硅铝钙，精炼工序没有脱硫任务，使用超低碳铝锰合金，RH真空处理。现有的高级别管线钢的冶炼难点在于成品钢板的非金属夹杂物，尤其是以B类氧化铝为控制关键。由于转炉的铁水经过脱硫处理，精炼没有脱硫任务，故因强制吹氩搅拌钢水而带来的氧化铝夹杂物较少，有利于提高钢水纯净度，最终减少了钢板中的非金属夹杂物含量，满足管线钢对钢板物理性能的要求。而电炉冶炼，由于入炉钢铁料结构限制，必须采取有效的脱硫手段，同时控制氧化铝含量。目前国内成熟工艺的管线钢最高级别为X70，而X80等尚需要进口。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高级别管线钢的电炉冶炼方法，以扩大了电炉钢厂的生产品种，提高电炉钢厂的市场竞争力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种高级别管线钢的电炉冶炼方法，取重量含量为60％-70％的热铁水、5％-10％的生铁、15％-30％的废钢及5％-20％的海绵铁进行配料，将配好的料送入电炉进行冶炼，冶炼周期为45-55分钟；电炉工艺采用泡沫渣技术，泡沫渣的最佳形成条件为碱度R＝1.8-2.2，FeO 25％-35％、CaO 35％-45％、SiO₂ 18％-22％，供氧流量3000-4000Nm³/h，出钢条件为[C]0.04-0.08％；[P]≤0.008％，钢包内钢水温度1620-1650℃；然后进行真空自然氧脱碳，电炉出钢后，钢中富裕氧含量，在真空状态下与钢中的碳进行反应，脱碳速度为每分钟0.005％-0.008％，达到终点[C]含量≤0.02％的目标值；然后送入LF精炼炉进行精炼造渣，精炼过程总渣量控制在20Kg/t钢以上，渣中CaO含量控制在50％-55％之间，渣中SiO₂含量控制在5％-10％之间，渣中Al₂O₃含量控制在20％-30％之间，精炼渣碱度控制在2.5-3.5之间(其二元碱度控制在5-7之间)，加入脱氧剂进行脱氧，并将氩气流量控制在300L/min，在20分钟内加入电解锰等合金，当温度升至1600℃左右时，在脱氧良好的情况下，即可同步完成90％的脱硫任务，精炼后期，氩气流量减小到100L/min，少量补加硅铁粉和石灰；然后进行真空处理，再经过连铸工序即可得成品。

本发明的电炉工艺采用泡沫渣技术，泡沫渣技术提高了电弧的热效率，改善了熔化初期的脱磷条件，并且可满足每分钟0.07％～0.10％的脱碳速度。出钢条件为[C]＝0.04～0.08％；[P]≤0.008％。出钢采用避渣出钢，钢包内不加任何合金和脱氧剂；钢包内钢水温度1620-1650℃。

真空自然氧脱碳工艺为应用真空下[O]与[C]的反应能力随真空度的提高而提高的原理，利用电炉出钢后钢中富裕氧含量，在真空状态下与钢中的碳进行反应，达到终点[C]含量≤0.02％的目标值，并可结合定氧仪实测值，变化为真空前加入碳粉脱除钢中多余的氧，达到脱碳毕自由[O]含量≤60ppm的预期目标，其优点是可弥补电炉工艺脱碳能力不足和终点氧含量控制不易问题，并可达到先期去除钢中气体和夹杂的作用，是冶炼高纯净低碳钢不可缺少的重要环节。

精炼造渣工艺为精炼过程总渣量控制在20Kg/t钢以上，渣中CaO含量控制在50％-55％之间，渣中SiO₂含量控制在5％-10％之间，渣中Al₂O₃含量控制在20％-30％之间，精炼渣碱度控制在2.5-3.5之间(其二元碱度控制在5-7之间)，上述炉渣组成可提高炉渣的吸附能力及加快脱硫速度。

脱氧制度为采用复合脱氧制度，用铝线、铝粉、铝钙、硅铁粉等进行脱氧，此工艺不同于国内转炉炼钢厂脱氧制度。生产实践表明，真空自然氧脱碳毕进行定氧喂铝操作，当钢中自由[O]含量＜20ppm时，喂铝0.9Kg/t钢；当钢中自由[O]含量在20ppm-40ppm之间时，喂铝1.05Kg/t钢；当钢中自由[O]含量在40ppm-60ppm之间时，喂铝1.2Kg/t钢；当钢中自由[O]含量＞60ppm时，喂铝1.35Kh/t钢，即可满足前期预脱氧工艺需要，精炼过程铝粉的用量在0.8-1.2Kg/t钢之间，铝钙铁用量在0.6-1.2Kg/t钢之间，在保证钢液脱氧良好的情况下，重点在于控制钢板B类非金属夹杂物等级不超标，精炼毕钢中[Al]控制在0.010-0.020％之间，精炼后期根据钢中[Si]含量，使用0.2-0.5Kg/t优质硅铁粉(C≤0.5％)进行扩散脱氧，目的是减少铝用量，改善渣中组成成分，便于夹杂物的吸附。

脱硫任务是在精炼工序完成的，此工艺不同于国内转炉炼钢厂采用热铁水进行三脱处理的脱硫制度。精炼过程采用大渣量操作，在上述造渣制度下，氩气流量控制在300L/min，在20分钟内加入电解锰等合金，完成98％的合金化任务，并起到沉淀脱氧的作用。当温度升至1600℃左右时，在脱氧良好的情况下，即可同步完成90％的脱硫任务，精炼后期，氩气流量减小到100L/min，少量补加硅铁粉和石灰，在升温的同时，保持炉渣的脱氧、脱硫、吸附夹杂能力，精炼毕可脱硫至0.008％以下。

所述的真空处理采用顶渣操作，要求所有合金及辅料在真空前一次加入，精炼毕扒除部分精炼渣，真空前加入CaO量大于2Kg/t钢，真空过程总渣量大于12Kg/t钢，保持真空过程中仍然具有较强的脱硫、吸附夹杂作用，真空前根据钢中[Si]含量加入硅钙0.5-1.2Kg/t钢，使成品[Ca]含量不低于0.0015％，铝线在真空前一次喂入，不允许在真空后补加任何合金及辅料，真空过程氩气流量按照“先大后小”进行控制，即按100L/min→80L/min→60L/min控制。即前期加大钢液搅拌，进行深度脱氧、脱硫、去气、去夹杂，当上述任务达到一定程度时，逐渐控制小氩气流量，这样有利于气泡、夹杂聚集长大，上浮至钢渣界面被渣子吸收。

本发明优化了配料制度，开发了真空自然氧脱碳工艺，进行了精炼工序造渣制度、脱氧制度、脱硫及真空处理工艺研究，达到了高级别管线钢成分设计要求及内部质量规定要求，泡沫渣技术提高了电弧的热效率，改善了熔化初期的脱磷条件，本发明与目前国内转炉钢厂全部使用预处理铁水不同，为降低钢水中Ni、Cr、Cu等杂质元素含量，电炉配料应优先使用热铁水(生铁)，这样就减少废钢用量，降低了生产成本。

实验证明，采用本发明的方法冶炼管线钢完全可以达到该钢设计成分、夹杂物评级指标，本发明的管线钢其各项性能指标在国内处于领先地位，达到或接近国外先进水平，用此钢板并配以合理的制管工艺，可生产出优质的大口径直缝焊管。本发明可以实现废钢资源优化使用，扩大了电炉钢品种；可以精确地控制一次真空后终点碳含量和氧含量；且通过采取定氧措施，最大限度地降低脱氧剂用量，解决了B类夹杂物超标问题；通过对精炼造渣工艺的研究，在脱氧良好的同时，可以同步达到脱硫任务的目的；通过钙处理，有效控制了夹杂物形态和尺寸。本发明通过二次真空处理及对真空过程氩气流量控制的研究，增强了去气、去夹杂效果，提高了钢水纯净度。采用本发明的方法所生产的管线钢将被广泛用于制造油气管线建设所需的直缝埋弧焊管。电炉钢厂采用本发明的方法将会打破转炉钢在此领域的垄断地位。

本发明操作简单，方便可行，在国内各电炉钢厂均可实施，对电炉钢厂冶炉同类低碳钢及控制钢中夹杂物含量等特殊要求的钢种具有重要的意义。

具体实施方式

实施例1

本实施例的配料为热铁水65吨+生铁8吨+优质废钢15吨+海绵铁12吨，电炉冶炼周期48分钟，出钢[C]：0.06％，[P]：0.007％，出钢温度1618℃；一次真空前定氧500ppm，启真空泵12分钟破坏，取样分析[C]：0.02％，定氧50ppm，喂铝1.2Kg/t钢，加入硅铁0.5Kg/t钢；精炼周期65分钟，取渣样分析主要组成为CaO：52.57％，SiO₂：9.67％，Al₂O₃：19.19％，MgO：7.85％，精炼毕，取样主要成分为[C]：0.04％，[Si]：0.14％，[Al]：0.014％，定氧10ppm；真空前喂铝线180m，硅钙0.8Kg/t钢，CaO 2.8Kg/t钢，成品[C]0.04％、[Si]0.26％、[Al]0.034％，钢板分析[H]1.2ppm、[O]12ppm、[N]60ppm，夹杂物评级：A类夹杂物为0；B类夹杂物为1.5；C类夹杂物为0；D类夹杂物小于1.0。其它力学性能也完全满足钢种设计要求。

实施例2

本实施例的配料为热铁水60吨+生铁5吨+优质废钢25吨+海绵铁10吨；电炉冶炼周期52分钟，出钢[C]：0.04％，[P]：0.008％，出钢温度1622℃；一次真空前定氧1000ppm，加入碳粉0.05Kg/t钢，启真空泵12分钟破坏，取样分析[C]：0.01％，定氧70ppm，喂铝1.3Kg/t钢，加入硅铁0.5Kg/t钢；精炼周期62分钟，取渣样分析主要组成为CaO：53.21％，SiO₂：8.56％，Al₂O₃：18.76％、MgO：6.87％，精炼毕取样主要成分为[C]：0.02％、[Si]：0.12％、[Al]：0.011％、定氧15ppm；真空前喂铝线200m，硅钙1.2Kg/t钢，CaO2.8Kg/t钢，成品[C]：0.03％、[Si]：0.25％、[Al]：0.030％，钢板分析[H]：1.5ppm、[O]：15ppm、[N]：70ppm，夹杂物评级：A类夹杂物为0；B类夹杂物为1.8；C类夹杂物为0；D类夹杂物小于1.0。其它力学性能也完全满足钢种设计要求。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、一种高级别管线钢的电炉冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：取重量含量为60％-70％的热铁水、5％-10％的生铁、15％-30％的废钢及5％-20％的海绵铁进行配料，将配好的料送入电炉进行冶炼，冶炼周期为45-55分钟；电炉工艺采用泡沫渣技术，泡沫渣的最佳形成条件为碱度R＝1.8-2.2，FeO 25％-35％、CaO 35％-45％、SiO₂ 18％-22％，供氧流量3000-4000Nm³/h，出钢条件为[C]0.04-0.08％；[P]≤0.008％，钢包内钢水温度不低于1620℃；然后进行真空自然氧脱碳，电炉出钢后，钢中富裕氧含量，在真空状态下与钢中的碳进行反应，脱碳速度为每分钟0.005％-0.008％，达到终点[C]含量≤0.02％的目标值；然后送入LF精炼炉进行精炼造渣，精炼过程总渣量控制在20Kg/t钢以上，渣中CaO含量控制在50％-55％之间，渣中SiO₂含量控制在5％-10％之间，渣中Al₂O₃含量控制在20％-30％之间，精炼渣碱度控制在2.5-3.5之间(其二元碱度控制在5-7之间)，加入脱氧剂进行脱氧，并将氩气流量控制在300L/min，在20分钟内加入电解锰等合金，当温度升至1600℃左右时，在脱氧良好的情况下，即可同步完成90％的脱硫任务，精炼后期，氩气流量减小到100L/min，少量补加硅铁粉和石灰；然后进行真空处理，再经过连铸工序即可得成品。

2、根据权利要求1所述的高级别管线钢的电炉冶炼方法，其特征在于，所述的脱氧剂为铝线、铝粉、铝钙或硅铁粉。

3、根据权利要求1所述的高级别管线钢的电炉冶炼方法，其特征在于，所述的真空处理采用顶渣操作，要求所有合金及辅料在真空前一次加入，精炼毕扒除部分精炼渣，真空前加入CaO量大于2Kg/t钢，真空过程总渣量大于12Kg/t钢，保持真空过程中仍然具有较强的脱硫、吸附夹杂作用，真空前根据钢中[Si]含量加入硅钙0.5-1.2Kg/t钢，使成品[Ca]含量不低于0.0015％，铝线在真空前一次喂入，不允许在真空后补加任何合金及辅料，真空过程氩气流量按照“先大后小”进行控制，即按100L/min→80L/min→60L/min控制。