CN101457281A - 转炉生产超低碳钢过程中rh脱碳处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,属于钢铁冶金技术领域。本发明所要解决的技术问题是防止转炉工艺生产超低碳钢过程中RH插入管粘渣。本发明的技术方案是:将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为:SiO2 5.0~11.0%、CaO 40.0~48.0%、Al2O3 7.5~15.0%、MgO 7.5~12.0%、FeO=20.0%、MnO=7.0%,其余为Fe2O3、CaF2及微量成分S、P、TiO2等,提高了CaO/Al2O3、(CaO/SiO2)/Al2O3比值,有效地抑制了钢包渣中高熔点相的析出,降低了钢包渣的熔点和粘度,增强了钢包渣的流动性,减轻了RH插入管粘渣,提高了不清渣连续处理炉数。
Description
技术领域
本发明涉及一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,可有效防止转炉工艺生产超低碳钢过程中RH插入管粘渣,属于钢铁冶金技术领域。
背景技术
RH真空处理技术是生产高质量品种钢的重要炉外精炼手段。目前世界上许多转炉炼钢厂生产线均配置了RH精炼炉,并常采用该设备对包括IF钢在内的超低碳钢进行脱碳处理。在IF钢或其它超低碳钢生产中常常出现插入管较严重的粘渣现象,致使插入管变粗增大,RH处理时钢包净空减小,影响精炼工艺的正常进行。为此常常要进行大量耗时的清理,还会引起插入管损坏,时常导致真空室提前下线,使连续生产受到严重制约,规模效应得不到充分发挥,在很大程度上影响了生产。在处理其它钢种时插入管的粘渣则要轻微许多。这说明超低碳钢与其它钢种的特性及其生产工艺的差别对RH插入管的粘渣有重要影响。这些差别主要包括:
(1)钢水流动性与钢水处理温度和时间:在RH处理温度下,良好的钢液流动性有利于在液面升降过程中,钢水从插入管表面的脱落,减弱渣层中钢的锚固作用。相反钢液的凝固温度高,容易导致渣层上钢水的冷凝和对粘渣的稳固;而RH处理温度低,有利于对耐材的保护,减轻渣钢对耐材的浸渗,削弱插入管挂渣粘渣的基础;延长RH处理时间,不利于减轻粘渣。
(2)脱氧方法与脱氧产物的特性:超低碳钢生产中通常是铝脱氧镇静钢,且采用预脱氧工艺,脱氧产物中有大量的高熔点Al2O3产生,同时,铝镇静钢会与高铝耐材发生反应,在插入管外壁形成氧化物沉积,或在高温下与渣中的氧化物组元发生反应生成莫来石(熔点1810℃)和铁尖晶石(FeAl2O4熔点1780℃)。同时,这些高熔点化合物的形成,又会造成炉渣粘度增大、流动性降低,增加粘渣能力。
(3)钢包渣组成与性质:目前超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比一般控制为:SiO2 6.0~12.0%、CaO20.0~30.0%、Al2O3 20.0~30.0%、MgO8.0~15.0%、FeO 15.0~25.0%、MnO 5.0~10.0%。与其它钢种相比,超低碳钢钢包渣含有较高的FeO、Al2O3等组分,且CaO/Al2O3、(CaO/SiO2)/Al2O3较低。当温度降低时,这种渣容易析出高熔点物相。如2MgO·SiO2(镁橄榄石)和MgO·Al2O3(铝镁尖晶石),其熔点分别高达1890℃、2135℃,还会形成MgO·FeO(铁橄榄石)及3Al2O3·2SiO2(莫来石)等高熔点复合化合物。即使形成MgSiO2(斜顽辉石),其熔点也在1577℃。炉渣一旦与插入管粘附就很难被熔掉,这样不断堆积,就会使插入管增粗变大,以致不能继续使用。
(4)钢渣界面性质:RH处理超低碳钢时,钢渣中含有很高的FeO和MnO,钢水中的[O]相对其它钢种时高出许多,渣—钢间的界面张力较小,渣钢不易分离,使得RH插入管在粘附渣的同时又裹入金属液。这种钢渣混卷导致粘渣层自碎性减弱,给后续清理带来极大的困难。此外,由于钢渣混卷,增大了粘渣层的密度和导热能力,堆积越来越大的粘渣层,犹如巨大的吸热体和散热体,随着RH处理过程液面的升降,先粘结渣钢混合体起着吸收、散失钢液热量、降低附近渣钢熔体温度的作用,促进未凝渣冷凝析出高熔点相,进一步增大粘渣层。
插入管粘渣的实质,是精炼过程钢水—耐材—熔渣之间的相互作用,其中既有物理粘附,又有化学粘结等不同的结合方式。引起这些物理和化学作用,有耐材材质、钢水特性和生产工艺等因素。目前针对防止粘渣采用的方法及其优缺点如下:
(1)改进插入管材质,提高抗钢包渣侵蚀能力,降低钢包渣对插入管的粘着。已有研究表明,渣钢渗入耐材是粘渣的主要原因,因此,通过提高耐材致密性,增强抗热震性,减少使用过程中的开裂,就可降低插入管的挂渣能力。如使用超微粉凝聚结合的高铝—尖晶石浇注料等。目前很多生产厂采用的就是这类插入管材料,但粘渣现象并未得到很好的解决,说明还需要有其它措施。
(2)采用机械扒除的方法,将粘渣物扒落,清除粘渣。分析表明,粘渣层往往夹杂冷钢,冷钢对粘渣层起了锚固作用,它们的存在会使含有高熔点相的粘渣物更加坚固。因此,机械扒出需要施加较大的外力,容易使插入管损坏。这一方法适用于夹杂金属较少的粘渣层,但当RH多用于生产含碳较低的铝脱氧镇静钢时,钢渣分离不好。在熔渣对耐材的相似相溶,造成粘渣的同时,又有一些钢水附着与挂渣层,就形成了牢固的粘渣层,机械扒除就比较困难。
(3)通过高温火矩对粘渣层进行熔蚀清除。此法对于粘渣不多或熔点不高的粘着物的去除是可行的。但是由于粘着物含有许多高熔点物相,火焰清除是很困难的。而且,火焰清理劳动强度大、处理时间长,难以满足连续生产需要。
(4)基于冶金熔渣理论,通过改进钢包渣性质,降低熔渣中高温析出相的熔点,增加渣的流动性,减弱熔渣对插入管的粘附,来改善RH插入管的粘渣。此法与机械扒渣和火焰熔渣相比,是通过抑制粘渣来实现RH的正常生产,无须增加清理装置,而且不增加RH工位的处理时间,对提高RH的生产能力有较大的作用。
从以上分析可以看出,第(4)种方法最为简单实效,本发明采取对RH钢包渣变性的技术路线来实现防止超低碳钢生产过程中RH插入管粘渣的目标。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服转炉工艺生产超低碳钢过程中RH插入管粘渣的问题。
本发明的技术方案是提供一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,即:将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为:SiO2 5.0~11.0%、CaO 40.0~48.0%、Al2O3 7.5~15.0%、MgO 7.5~12.0%、FeO≤20.0%、MnO≤7.0%,其余为Fe2O3、CaF2及微量成分S、P、TiO2等。其中,FeO,MnO是尽可能控制越低越好。
可以采取以下方法之一或其任意组合,来实现钢包渣化学成分达到上述要求:
(1)转炉冶炼终点渣按重量百分比控制为:SiO2 6.0~13.0%、CaO 34.0~40.0%、Al2O3≤3.0%、MgO 8.0~14.0%、FeO 20.0~30.0%、MnO≤3.0%,其余为Fe2O3及微量成分S、P、TiO2等;为了防止脱氧产物中有大量的高熔点Al2O3产生,出钢至RH处理前不加其它任何脱氧剂。
对转炉终点渣成分进行了控制,有利于后部工序对钢包渣成分的调整。
(2)如果MnO含量偏高,为了控制锰的含量,出钢至1/3时按成品要求的Mn元素成分下限值加入锰铁进行合金化。
(3)出钢至2/3时加入一种渣料,提高钢包渣中CaO含量,降低钢包渣中Al2O3含量,并使钢包渣中含有一定量的CaF2。
其中,所述渣料按重量百分比组成为:75%活性石灰、15%刚玉渣、10%萤石;
渣料加入量Z由下式确定:
式中:A—出钢过程吨钢下渣量,kg/t钢;C—渣料按重量百分比含有的CaO%;
Z—渣料加入量,kg/t钢。
RH处理开始3min以内加入碳粉调整钢水氧活度,碳粉加入量由下式确定:
Ca=0.13×[(3.5-100C0)+0.01×(Oo-450)]
式中:Ca—吨钢碳粉加入量,kg/t钢;
C0—RH处理前钢水碳含量,%;
O0—RH处理前钢水氧活度,PPm。
出钢至RH处理前不加其它任何脱氧剂,RH脱碳处理开始3min以内加入碳粉,进一步降低了钢包渣中的Al2O3含量。
本发明的有益效果是,通过将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为:SiO25.0~11.0%、CaO 40.0~48.0%、Al2O3 7.5~15.0%、MgO 7.5~12.0%、FeO≤20.0%、MnO≤7.0%,其余为Fe2O3、CaF2及微量成分S、P、TiO2等,提高了CaO/Al2O3、(CaO/SiO2)/Al2O3比值,RH脱碳过程钢包渣主要由低熔点物质11CaO·7Al2O3·CaF2和非晶态物质,镁橄榄石、铝镁尖晶石等高熔点物质明显减少。有效地抑制了钢包渣中高熔点相的析出,降低了钢包渣的熔点和粘度,增强了钢包渣的流动性,明显减轻了插入管粘渣,提高了RH插入管不清渣连续处理炉数,降低了工人的劳动强度,本方法简单实效。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步说明本发明,但不应理解为本发明的仅限于以下方法。只要能够达到超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分:SiO2 5.0~11.0%、Ca0 40.0~48.0%、Al2O37.5~15.0%、MgO 7.5~12.0%、FeO≤20.0%、MnO≤7.0%,其余为Fe2O3、CaF2及微量成分S、P、TiO2等,都属于本发明。
实施例1 本发明转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法
实验条件为:120t顶底复吹转炉,钢种为IF3(成品碳含量按重量百分比为≤50PPm),实施本实施例前插入管已进行了25炉超低碳钢处理。
本实施例控制超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分:SiO2 5.0~11.0%、CaO40.0~48.0%、Al2O3 7.5~15.0%、MgO 7.5~12.0%、FeO≤20.0%、MnO≤7.0%,其余为Fe2O3、CaF2及微量成分S、P、TiO2等。
具体过程为:
(1)转炉冶炼终点渣按重量百分比控制为:SiO2 6.0~13.0%、CaO 34.0~40.0%、Al2O3≤3.0%、MgO 8.0~14.0%、FeO 20.0~30.0%、MnO≤3.0%,其余为Fe2O3及微量成分S、P、TiO2等。
(2)出钢至1/3时按成品要求的Mn元素成分下限值加入锰铁进行合金化。
(3)出钢至RH处理前不加其它任何脱氧剂。
(4)出钢至2/3时加入一种渣料,该渣料按重量百分比由75%活性石灰(按重量百分比含有CaO 85.0~95.0%,粒度≤5mm)、15%刚玉渣(按重量百分比含有:CaO 5.0~15.0%、Al2O3 65.0~75.0%,粒度≤1mm)、10%萤石(按重量百分比含有:CaF2 85.0~95.0%、SiO2≤15.0,粒度≤1mm)组成,并混合均匀,渣料加入量Z由下式确定:
式中:A—出钢过程吨钢下渣量,kg/t钢;C—渣料按重量百分比含有的CaO%;Z—渣料加入量,kg/t钢。
(5)用LF炉加热化渣。
(6)RH处理开始3min以内加入碳粉(按重量百分比含有游离C≥98%)调整钢水氧活度,碳粉加入量由下式确定:
Ca=0.13×[(3.5-100C0)+0.01×(Oo-450)]
式中:Ca—吨钢碳粉加入量,kg/t钢;
C0—RH处理前钢水碳含量,%;
O0—RH处理前钢水氧活度,PPm。
渣料及碳粉的加入量如表1,转炉终点渣及RH处理前钢包渣主要成分见表2。
实验过程表明,钢包渣的流动性良好,前5炉基本上没有粘渣的现象,钢包渣可以顺利地从插入管壁流下,只在第6炉处理结束时发现下降管下沿有轻微的粘渣现象。当连续处理12炉后,发现粘结在两插入管中间的粘渣物重新熔入熔渣中,插入管可继续使用。
表1 渣料及碳粉加入量
处理炉次顺序 | 下渣量(kg/t钢) | 渣料加入量(kg/t钢) | 碳粉加入量(kg/t钢) |
1 | 8.4 | 3.5 | 0.42 |
2 | 6.7 | 2.8 | 0.15 |
3 | 7.6 | 3.2 | 0.33 |
4 | 9.3 | 4.6 | 0.55 |
5 | 8.0 | 3.4 | 0.46 |
6 | 7.2 | 3.0 | 0.32 |
7 | 8.5 | 3.6 | 0.24 |
8 | 8.7 | 4.0 | 0.30 |
9 | 6.5 | 2.5 | 0 |
10 | 7.8 | 3.2 | 0.20 |
11 | 8.6 | 4.0 | 0.34 |
12 | 9.1 | 5.0 | 0.61 |
而同等条件下,120t顶底复吹转炉,钢种为IF3(成品碳含量按重量百分比为≤50PPm),插入管已进行了25炉超低碳钢处理。发明人采用现有技术处理,RH插入管不清渣连续处理钢水的炉数≤8炉。表明采用本方法后对减轻RH插入管的粘渣起了显著的作用。
表2 转炉终点渣及RH处理前钢包渣主要成分
Claims (7)
- 【权利要求1】转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于:将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为:SiO2 5.0~11.0%、CaO 40.0~48.0%、Al2O3 7.5~15.0%、MgO 7.5~12.0%、FeO≤20.0%、MnO≤7.0%,其余为Fe2O3、CaF2及微量成分S、P、TiO2等。
- 【权利要求2】按权利要求1所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于:采取以下方法控制超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分:控制转炉冶炼终点渣的成分,按重量百分比为:SiO2 6.0~13.0%、CaO 34.0~40.0%、Al2O3≤3.0%、MgO 8.0~14.0%、FeO 20.0~30.0%、MnO≤3.0%,其余为Fe2O3及微量成分S、P、TiO2等。
- 【权利要求3】根据权利要求2所述的转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于:出钢至RH处理前不加任何脱氧剂。
- 【权利要求4】按权利要求3所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于还包括:出钢至1/3时按成品要求的Mn元素成分下限值加入锰铁进行合金化。
- 【权利要求5】按权利要求4所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于还包括:出钢至2/3时加入渣料;其中,所述渣料按重量百分比组成为:75%活性石灰、15%刚玉渣、10%萤石;渣料加入量Z由下式确定:式中:A—出钢过程吨钢下渣量,kg/t钢;C—渣料按重量百分比含有的CaO%;Z—渣料加入量,kg/t钢。
- 【权利要求6】按权利要求5所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于还包括:用LF炉加热化渣。
- 【权利要求7】按权利要求6所述转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法,其特征在于还包括:RH处理开始3min以内加入碳粉调整钢水氧活度,碳粉加入量由下式确定:Ca=0.13×[(3.5-100C0)+0.01×(Oo-450)]式中:Ca—吨钢碳粉加入量,kg/t钢;C0—RH处理前钢水碳含量,%;O0—RH处理前钢水氧活度,PPm。
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