CN101225453A - 低碳低硅钢的电炉冶炼方法 - Google Patents

Abstract

一种低碳低硅钢的电炉冶炼方法，依次包括电炉冶炼工序、LF钢包炉精炼工序和连铸工序，精炼工序选用CaO－Al₂O₃－CaF₂精炼渣，渣中CaO含量为55％－60％、Al₂O₃含量为15％－20％、CaF₂含量为1％－5％，其中的CaO与SiO₂二者含量的比值大于100；在精炼前期向包内加入含50％－60％Al₂O₃的复合造渣剂，其用量为3－4Kg/吨钢，石灰的全程加入量为10－12kg/吨钢，调整好钢包炉内渣碱度；在精炼工序结束前对钢水喂线的喂入量不大于3m/吨钢，喂线后软吹至少10分钟并镇静5－10分钟，炉内白渣保持至少10分钟出钢；在连铸工序中，钢包长水口使用氩封保护并配以硅酸铝纤维毡密封垫密封，炉炉更换，连铸第一炉控制过热度在50℃以内，连浇炉控制过热度小于30℃。本发明工艺简练，用以生产低碳低硅钢，生产成本低廉。

Description

低碳低硅钢的电炉冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种电炉炼钢方法，特别是低碳低硅钢的电炉冶炼方法。

背景技术

目前国内的钢铁企业中所用的电炉主要用以生产中高碳钢，而低碳低硅钢(SPHC)则主要是以转炉生产为主，其流程为：转炉-连铸-轧钢。转炉生产是以铁水为主要原料，其生产的钢坯中微量元素和有害元素少，生产的钢坯内在品质较以废钢为主要原料的电弧炉好。在冶炼控制上由于工艺不同，用转炉生产低碳低硅钢其终点控制也较电炉终点控制容易。由于用转炉生产低碳低硅钢对于原料(铁水)要求较高，因此该传统生产工艺的应用范围有比较大的局限。而电炉炼钢是以废钢为主而以铁水为辅，对原料的要求范围广。因此，如何运用电炉生产低碳低硅钢就成为一个很有意义的研究课题。

授权公告号为CN1203196C的中国发明专利说明书公开了一种电炉冶炼低碳钢的终点控制工艺，该工艺用电炉冶炼低碳钢，丰富了低碳钢的生产方法，填补了电炉冶炼热轧钢卷所需的低碳钢水的空白，为生产低碳钢提供了更多的工艺选择。其终点控制工艺稳定，冶炼时间短，其生产能耗和成本亦相应下降。但使用该发明工艺只能用以冶炼低碳钢，而不能用以生产低碳低硅钢，因此在生产上还是有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳低硅钢的电炉冶炼方法，只需使用现有的电炉冶炼设备就可以生产出低碳低硅钢，该方法工艺简练合理，用以生产低碳低硅钢，生产成本低廉。

本发明的目的是这样实现的：一种低碳低硅钢的电炉冶炼方法，依次包括下列冶炼工序：电炉冶炼工序、LF钢包炉精炼工序和连铸工序，在LF钢包炉精炼工序中需选用主要由CaO、Al₂O₃以及CaF₂组成的精炼渣，该精炼渣中的CaO含量为55％-60％、Al₂O₃的含量为15％-20％、CaF₂的含量为1％-5％，其中的CaO与SiO₂二者含量的比值大于100；在该工序的精炼前期向包内加入含50％-60％Al₂O₃的复合造渣剂，复合造渣剂的用量为3-4Kg/吨钢，石灰的全程加入量为10-12kg/吨钢，调整好钢包炉内渣碱度；在精炼工序结束前对钢水进行喂铁钙线操作，喂入量不大于3m/吨钢，喂铁钙线后保证软吹至少10分钟并保证钢水镇静5-10分钟，保证钢包炉内造的白渣保持至少10分钟即可出钢进入连铸工序；在连铸工序中，钢包长水口使用氩封保护并配以硅酸铝纤维毡密封垫密封，炉炉更换，连铸第一炉控制过热度在50℃以内，连浇炉控制过热度小于30℃。

采用本发明冶炼方法生产低碳低硅钢的流程为：电炉-LF钢包炉-连铸-轧钢。LF炉(Ladle Furnace)称为钢包炉，是一种主要的炉外精炼设备。LF炉通过电弧加热、炉内还原气氛、造白渣精炼、气体搅拌等手段，强化热力学和动力学条件，使钢水在短时间内达到脱氧、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果。确保达到钢水成分精确，温度均匀，夹杂物充分上浮净化钢水的目的，同时很好地协调电炉炼钢和连铸工序，保证多炉连浇的顺利进行。

LF炉有如下4个独特的精炼功能：

(1)埋弧加热。LF炉有3根石墨电极，加热时电极插入渣层中进行埋弧加热，因而辐射热小，减少对包衬的损坏，热效率高。

(2)氩气搅拌。通过钢包底吹氩气搅拌加速钢-渣之间的物质传递，利于脱氧、脱硫反应的进行，并促进夹杂物的上浮去除，特别是对Al₂O₃类型的夹杂物上浮去除更为有利。同时加速钢水温度和成分的均匀，从而精确地调整钢水的成分。

(3)炉内还原气氛。钢包与炉盖密封起到隔绝空气的作用，加之石墨电极氧化产生CO气体，炉内形成了还原气氛，钢水在还原条件下进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物，并避免增氮。

(4)白渣精炼。LF炉精炼的白渣是T[Fe]≤1％的还原渣。通过高碱度的还原渣，借助氩气搅拌，实现有效的扩散脱氧、脱硫和去除非金属夹杂物。

LF炉的4大精炼功能互相渗透，互相促进。炉内的还原气氛，在加热条件下的吹氩搅拌，提高了白渣的精炼能力，创造了一个理想的精炼环境，从而使钢的质量显著提高。

基于LF钢包炉的精炼特性以及生产低硅钢的需要，故而本发明精炼工序中所选用的精炼渣系为CaO-Al₂O₃-CaF₂，为高碱度、高Al₂O₃、低SiO₂含量的渣。其主要成分质量百分数：CaO含量为55％-60％、Al₂O₃的含量为15％-20％、CaF₂的含量为1％-5％，其中的CaO与SiO₂二者含量的比值大于100；GaO与Al₂O₃二者含量的比值大于3.0。因为生产低碳低硅钢(SPHC)时用LF钢包炉主要是控制钢水增硅、脱硫和钢水中Als的含量。而钢水增硅的原因是渣中的SiO₂与钢水中Al反应，这一反应方程式如下：

4[Al]+3(SiO₂)＝2(Al₂O₃)+3[Si]。

从以上反应可知：若要抑制钢水增硅，必须适当提高渣中的Al₂O₃含量和降低渣中的SiO₂含量，因此生产低碳低硅钢(SPHC)应尽量使用含硅和含SiO₂低的原材料和脱氧剂，减少渣中的SiO₂含量，即CaO与SiO₂二者含量的比值应大于100。另外使用含Al₂O₃较高的预溶渣，提高渣中的Al₂O₃含量，即在该工序的精炼前期向包内加入含50％-60％Al₂O₃的复合造渣剂，复合造渣剂的用量为3-4Kg/吨钢。

由于电炉至精炼炉钢水中[S]含量平均在0.040％，脱硫成为生产低碳低硅钢(SPHC)的难题，主要的反应方程式如下：

3(CaO)+3[S]+2[Al]＝3(CaS)+(Al₂O₃)。

从以上反应可知：提高碱度和降低渣中的Al₂O₃含量可提高脱硫率。因此操作上需要将渣中的Al₂O₃含量控制在合理的范围，一般控制在15％-20％较为适宜，从而CaO与Al₂O₃二者含量的比值应大于3.0。

对于钢水成分Als的控制，通过造白渣，降低精炼终点渣中的(FeO)含量，避免钢水中[Al]脱氧损失。实践证明，采用这样的精炼渣就可以达到抑制钢水增硅，同时达到快速脱硫的目的。精炼结束前对钢水要进行喂线，其目的是对夹杂物进行变性处理防止连铸在浇注过程中结瘤。

本发明冶炼方法充分利用了LF钢包炉的精炼特性，充分发挥了现有电炉冶炼设备的加工能力，使得LF钢包炉在进行精炼时通过调整渣系，合理控制渣的成分，达到抑制精炼过程增硅，快速脱硫和稳定钢水中[Als]的含量目的。

本发明冶炼方法中的连铸工序中钢包长水口使用氩封保护并配以硅酸铝纤维毡密封垫密封，炉炉更换，连铸第一炉控制过热度在50℃以内，连浇炉控制过热度小于30℃。这样主要是为了做好浇注过程各环节的保护工作，防止钢水二次氧化，影响铸坯的质量。

在本发明冶炼流程中没有用到真空处理设备，而只用现有的设备就可以冶炼出低碳低硅钢，而且成分控制能满足轧制工艺要求，成分超差的主要是Si和Als，其中Si≤0.05％的占到了99.4％，Als≤0.010％只占0.86％。铸坯合格率达到99.86％。铸坯化学成分见表1。

表1  SPHC化学成分

铸坯的低倍组织均匀致密，个别炉次有轻微的裂纹、皮下气孔主要发生在开机炉，中心偏析低于0.5级。钢中T[O]、N分别在52ppm、63ppm左右，相对转炉钢的T[O]、N含量还是偏高，主要是在电炉操作和全程保护浇注上还有待于改进和提高。从铸坯的高倍检测情况看，金相组织为铁素体、珠光体和三次渗碳体，组织正常，晶粒度≥8级，钢中夹杂物的类型主要是C类和D类。

对生产的SPHC板坯通过热轧轧制，力学性能满足标准和用户要求，钢材的力学性能见表2。

表2钢材力学性能

规格mm	抗拉强度Mpa	屈服强度Mpa	延伸率％
				标准	≮270	295～360	≥31
3	387	320	43.3
				2.75	391	321	42.5
2.5	385	322	42.0
				2.3	401	333	42.0
2	403	341	38.7
				1.8	415	355	37.5

本发明工艺简单，技术门槛低，是对现有电炉冶炼工艺的补充和完善，进一步扩充了电炉的冶炼加工能力，所用设备均为现有设备，易于为本领域的普通技术人员理解掌握。

本发明对传统的LF钢包炉冶炼工艺进行了细致入微的优化调整，并与电炉冶炼和连铸工序有机地配合起来，充分发挥现有电炉冶炼设备的冶炼能力，通过对电炉冶炼工序取得的低碳钢进行进一步精炼，使得用现有的冶炼设备就可以充分利用大量废钢生产出低碳低硅钢，而且无需使用额外的真空处理设备、无需大量资金投入，从而极大地降低了生产成本，取得了突出的经济效益，达到了预期的生产目的，有必要在全行业中广泛推广应用。

附图说明

附图为本发明冶炼方法的钢水[C]-[O]平衡关系图。

具体实施方式

一种低碳低硅钢的电炉冶炼方法，依次包括下列冶炼工序：电炉冶炼工序、LF钢包炉精炼工序和连铸工序。

电炉工序：以110吨交流电弧炉为例进行说明。在电炉冶炼工序中，所加的电炉配料中要配加铁水或铁块，铁水或铁块的加入量占配料总装入量的35％，如果有条件再配以15％的直接还原铁，总装入量控制在115吨左右。石灰加入量每炉6500kg，白云石每炉加入1800kg，在第一蓝料中加入。

在冶炼初期采用高档位送电，保持其电流强度为70-90kA，以便尽量缩短废钢溶化时间。并配以碳氧枪吹氧助熔，其供氧强度为1.2m³/t.min，在冶炼的氧化期向炉内喷入碳粉，碳粉的喷加量为7.2Kg/吨钢。向炉内喷吹碳粉使熔渣尽快形成泡沫化，以达到脱磷和防止吸气的目的。

电炉终点控制上采用每炉钢进行定氧，防止钢水过氧化，控制电炉终点钢水碳含量为0.03-0.07％、磷含量小于0.020％，出钢过程严禁下渣。

在电炉的终点控制上，应根据生产低碳钢时钢水中碳含量应在0.03％-0.07％内的要求，按附图所示的钢水的[C]-[O]平衡关系，制定出合适的终点碳含量和出钢终脱氧制度。

在脱氧及铝的控制上，SPHC钢要求钢中有一定的Als，目标要求Als含量大于或等于0.020％，铝的加入有两种方式，一种是包内加纯铝或铝合金，一种是钢包内喂铝线。

在出钢过程中电炉脱氧合金化选择低碳锰铁、铝铁，脱氧剂采用电石和铝合金。在该工序出钢10秒后，向钢包内加入复合脱氧剂3.5Kg/吨钢、电石0.6Kg/吨钢，出钢30吨时向钢包内加入铝铁4.5Kg/吨钢、锰铁1.2Kg/吨钢。同时根据终点碳、氧含量来调整铝合金的加入量，钢水到精炼站后根据成份情况进行微调。出钢时出钢口不得散流和带渣，炉内留钢量大于10吨，出钢时间大于4分钟。

为了保证钢水成分均匀和脱氧产物的充分上浮对钢水进行全程吹氩，在出钢结束后减少氩气流量进行软吹，氩气流量应小于或等于120m³/h。

不同温度，终点碳、氧情况下合金及脱氧剂加入量见表3。

表3终点含量及脱氧剂加入量

炉号	终点碳含量％	炉内氧含量PPm	温度℃	终点[N]含量％	低碳锰铁(kg/炉)	铝铁(kg/炉)	电石(kg/炉)	石灰(kg/炉)
									目标	≤0.06	＜800	1640	0.0051	120	＜600	＜100	800
实际	0.03-0.06	630-1842	1620	0.0046	120	420-630	50-60	800

LF炉精炼工序：

LF炉精炼主要以控制增Si、Als和脱S为主进行操作，精炼渣系为CaO-Al₂O₃-CaF，选择高碱度、高Al₂O₃、低SiO₂含量的渣。为此，在LF钢包炉精炼工序中需选用主要由CaO、Al₂O₃以及CaF₂组成的精炼渣，该精炼渣中的CaO含量为60％、Al₂O₃的含量为20％、CaF₂的含量为3％，其中的CaO与SiO₂二者含量的比值大于100；这样提高了渣中CaO含量和Al₂O₃含量，抑制了渣中SiO₂的活度，就可以达到控制增Si的目的。同时由于电炉至精炼炉钢水中[S]含量平均在0.040％，为了达到脱硫的目的，在保证高碱度的精炼渣同时，提高渣中Al₂O₃的含量，提高精炼渣的透气性，也要求精炼造渣操作上强调造渣材料尽量使用低SiO₂的原料，即CaO与SiO₂二者含量的比值大于100。

在该工序的精炼前期向包内加入含55.73％Al₂O₃的复合造渣剂，复合造渣剂的用量为3.5Kg/吨钢，用以尽快脱去渣中的氧并有利于吸附钢中的夹杂物。石灰的全程加入量(包括炉后加入量)为11kg/吨钢。调整钢包炉内渣碱度≥3.5，这样在精炼结束时[S]w≤0.018％。

精炼炉渣主要成分见表4。

表4  精炼炉渣

另外，进行脱氧、脱硫操作时，应适当提高吹氩量，促进钢-渣界面C-O反应，提高脱氧、脱硫的速度；而进行测温、取样操作时应适当降低吹氩量。

软吹时，确保钢水不裸露以防止钢水二次氧化。

在精炼工序结束前对钢水进行喂铁钙线操作，喂入量为2.5m/吨钢，其目的是对夹杂物进行变性处理防止连铸在浇注过程中结瘤。喂铁钙线后保证软吹10分钟并保证钢水镇静8分钟。在整个精炼过程应保证包内微正压，确保还原气氛，保证钢包炉内造的白渣保持10分钟即可出钢进入连铸工序。

酸溶铝的控制：

要求电炉在出钢过程中将铝一次性调整到合格，但在实际操作中由于铝的回收偏差大，造成一些炉次Als偏低，需在精炼炉做适当的调整。因此要求精炼炉加铝铁要在精炼前期，主要是考虑生成的Al₂O₃在钢包内要有足够的上浮时间。同时加铝铁后操作上要控制好渣的碱度，及时补加石灰量，避免精炼炉加铝造成大幅增硅的现象；钢中Als的变化见表5。

表5  Als在各个时期的变化

连铸浇铸工序：

由于该钢Al含量较高，若钢水中的Al₂O₃控制不当则可能造成结瘤中断生产。因此，为保证连铸的顺利浇注，做好钢水的保护浇注防止钢液二次氧化是至关重要的，应对钢包长水口使用氩封保护并配以硅酸铝纤维毡密封垫密封，做到炉炉更换。温度控制是保证正常生产和铸坯质量的关键，因此连铸第一炉要求控制过热度为40℃，连浇炉控制过热度为25℃。

为了有效地保证铸坯质量，中包使用挡墙冲击区安放稳流器改善中包流场。中包覆盖剂的加入，非冲击区在大包开浇后钢水进入非冲击区后开始加入4袋，待钢水吨位达到15吨后再加入6袋，冲击区须在钢水吨位达到10吨加入4袋，等长水口浸入钢液后再加入4袋渣。正常浇注过程中，中间包钢水液位全过程全区域覆盖，做到钢液面暗红。中包最低液位不得低于500mm，正常浇铸过程中中间包液位应为900mm。

浇注过程控制，结晶器进出水温差控制在8-9℃，结晶器水量据此调整。各面铜板进出水温差小于0.5℃；结晶器液位自动控制，液位波动要求小于+/-3mm，液位波动超标及手动浇铸时间做好记录。平均拉速控制在1.0-1.1m/min，浇铸周期控制在60±2min(出钢量按105t计)。

在浇铸过程中，根据钢种、断面、拉速、中间罐钢水温度、中间罐钢水液面高度、结晶器液面高度等情况的变化合理微调塞棒吹氩量。塞棒吹氩量必须控制在合适的范围内，以结晶器液面稳定、钢水不裸露，不翻动为原则；以调整到结晶器液面呈微小波浪形为最佳。

在连铸工序中，连铸浇注过程中要实时监控液渣层厚度，每炉钢至少测量4-5次，保护渣的三层结构厚度分别为38-43mm，液渣层厚度为9-10mm。

吹入的气体流量应控制在：长水口：150l/min；中间罐塞棒：50l/min；浸入式水口密封：15l/min；中间罐上水口：15l/min。

本发明对连铸浇注工序浇铸参数的调整主要是为了有效地防止钢液的二次氧化，进一步保证铸坯质量。当然，在保证达到前述目的的情况下，各钢厂还可以根据各自所用设备的具体情况及连铸浇注工序的工艺步骤作出不同的参数调整。

Claims (6)

1.一种低碳低硅钢的电炉冶炼方法，依次包括下列冶炼工序：电炉冶炼工序、LF钢包炉精炼工序和连铸工序，其特征在于：在LF钢包炉精炼工序中需选用主要由CaO、Al₂O₃以及CaF₂组成的精炼渣，该精炼渣中的CaO含量为55％-60％、Al₂O₃的含量为15％-20％、CaF₂的含量为1％-5％，其中的CaO与SiO₂二者含量的比值大于100；在该工序的精炼前期向包内加入含50％-60％Al₂O₃的复合造渣剂，复合造渣剂的用量为3-4Kg/吨钢，石灰的全程加入量为10-12kg/吨钢，调整好钢包炉内渣碱度；在精炼工序结束前对钢水进行喂铁钙线操作，喂入量不大于3m/吨钢，喂铁钙线后保证软吹至少10分钟并保证钢水镇静5-10分钟，保证钢包炉内造的白渣保持至少10分钟即可出钢进入连铸工序；在连铸工序中，钢包长水口使用氩封保护并配以硅酸铝纤维毡密封垫密封，炉炉更换，连铸第一炉控制过热度在50℃以内，连浇炉控制过热度小于30℃。

2.根据权利要求1所述的低碳低硅钢的电炉冶炼方法，其特征在于：钢包炉内渣碱度应调整至大于或等于3.5。

3.根据权利要求1所述的低碳低硅钢的电炉冶炼方法，其特征在于：在电炉冶炼工序中，所加的电炉配料中要配加铁水或铁块，铁水或铁块的加入量占配料总装入量的30-50％，在冶炼初期采用高档位送电，保持其电流强度为70-90kA，并配以碳氧枪吹氧助熔，其供氧强度为1.1-1.3m³/t.min，在冶炼的氧化期向炉内喷入碳粉，碳粉的喷加量为6.5-7.5Kg/吨钢，控制电炉终点钢水碳含量为0.03-0.07％、磷含量小于0.020％，出钢过程严禁下渣，在该工序出钢10秒后，向钢包内加入复合脱氧剂3-4kg/吨钢、电石0.5-1Kg/吨钢，出钢30吨时向钢包内加入铝铁4.0-5.0Kg/吨钢、锰铁1.0～1.5Kg/吨钢。

4.根据权利要求1所述的低碳低硅钢的电炉冶炼方法，其特征在于：在连铸工序中，中包低液位至少为500mm。

5.根据权利要求1所述的低碳低硅钢的电炉冶炼方法，其特征在于：在连铸工序中，连铸浇注过程中要实时监控液渣层厚度，每炉钢至少测量4-5次，保护渣的三层结构厚度分别为38-43mm，液渣层厚度为9-10mm。

6.根据权利要求1所述的低碳低硅钢的电炉冶炼方法，其特征在于：在连铸工序中，吹入的气体流量应控制在：长水口：150l/min；中间罐塞棒：50l/min；浸入式水口密封：15l/min；中间罐上水口：15l/min。

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