CN102021276A

CN102021276A - 钢中铝成分的控制方法

Info

Publication number: CN102021276A
Application number: CN2010105591601A
Authority: CN
Inventors: 王海兵; 苏雄杰; 李勇; 黄国玖; 王鑫; 张珉
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及钢中铝成分的控制方法。本发明所解决的技术问题是提供一种可精准、稳定控制钢中铝成分的方法，尤其是控制低碳铝钢的铝成分。本发明控制方法包括如下步骤：A、电炉或转炉冶炼，初炼钢水出钢后用铝脱氧；B、LF精炼工序：C、连铸；其特征在于：所述LF精炼工序：造渣时渣料加入量为12～14Kg/t钢；渣料的主要指标为：每100重量份中，CaO 60～68重量份、Al₂O₃15～20重量份、0＜SiO₂≤5.0重量份、0＜MgO≤3.0重量份、CaF₂10～15重量份。应用本发明控制方法可降低渣中SiO₂的活度，减少钢中的铝与渣中SiO₂反应的几率，从而实现钢水中铝成分的精准控制，同时还可提高熔渣的脱硫率。

Description

钢中铝成分的控制方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及钢中铝成分的控制方法。

背景技术

近年来，随着我国石油、核电等工业的发展，用户对低碳铝钢的需求量越来越大。低碳钢中含有适量铝元素(要求钢材中Al_total含量0.020～0.050％)，可细化钢的晶粒，提高钢的强度和低温冲击性能。但因铝元素的化学性质非常活泼，在熔炼过程中极易与钢中和空气中的氧反应，同时也易与熔渣中的SiO₂、FeO、MnO等不稳定氧化物反应，如有2/3[Al]+1/2(SiO₂)＝1/3(Al₂O₃)+1/2[Si]等反应，从而导致铝的收得率极不稳定。

为满足用户对质量的较高要求，生产厂家采用了真空处理手段来提高钢的纯净度。钢液经LF+真空处理比单纯LF处理生产周期长，而且动力学条件大为改善，冶金反应更充分，若渣中的SiO₂含量偏高，铝成分的损失将会增大，其铝成分可控性也变差；同时，真空处理时铝将挥发损失一部分。因此单纯采用LF精炼钢中的铝成分很容易控制，而采用LF+真空处理后，钢中的铝含量极难控制。因此，如何精准控制低碳铝钢铝成分、降低成本就成为一个很有意义的研究课题。

中国专利(申请号03113293.6)公开了一种“含铝钢种的生产工艺”，该工艺采用电炉、LF炉精炼及连铸工艺生产铝含量≥0.020％的钢种，但生产时未经真空处理，也未见铝成分控制方法的报道。

中国专利(申请号200710092682.3)公开了一种“控铝钢用LF炉精炼渣”，此渣料由铝矾土、石灰、白云石、石灰石和硅灰石配制，其化学成份的重量％为：CaO60.23～67.54，SiO₂1.90～3.86，Al₂O₃10.58～17.57，Mg1.84～5.57，H₂O0.09～0.23，S0.036～0.042，其余为烧损loss。该方法属于一种精炼渣料的生产方法，并非LF炉精炼后熔渣的组分控制。采用此精炼渣生产控铝钢LF炉精炼后熔渣的碱度(％CaO)/(％SiO₂)为4～6.8，FeO化学成份的(重量％)为1.15～3.02。但控铝钢未经真空处理，也未见铝成分具体控制方法的报道。

中国专利(申请号03115465.4)公开了一种“含S、Al连铸合金钢的生产方法”，该方法采用直流电炉、LF炉、真空处理、连铸工艺生产含S、Al合金钢，但只有一炉含S、Al合金钢的实施例，重点在于整个生产过程上，而非铝成分控制方法上。其缺陷在于在直流电炉出钢过程中加入2.5～3.0公斤/吨钢的SiAlFe脱氧剂，经LF处理时采用两次补喂Al线调整Al成分，用硅石调整渣的碱度，碱度(CaO/SiO₂)控制在2.5～3.0，熔渣碱度偏低，渣中SiO₂的活度偏高，钢中的铝极易还原渣中的SiO₂而损耗，因此在真空处理后取样，等试样分析结果后，再补喂Al线调整Al成分。

发明人以往采用电炉或转炉冶炼-LF一真空处理一连铸流程生产低碳铝含量钢，其中出钢采用SiAlBaCa(Si含量50～60％)脱氧，经LF+真空处理，在LF工位，炉渣碱度按3～5控制，熔渣中的SiO₂含量达10～20％偏高，补喂铝线次数达2～4次，且仅凭经验控制钢中铝成分，但经真空处理后，加上钢渣之间的充分反应，致使钢液中的铝还原渣中的SiO₂增硅量达0.05～0.09％，铝的损失较大，稍有不慎，将导致铝、硅成分超标。铝成分控制合格率仅为80～85％。

综上，在现有技术背景下，本领域亟待解决低成本精准控制钢中铝成分的技术问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种可精准、稳定控制钢中铝成分的方法，尤其是控制低碳铝钢的铝成分。

炼钢的工艺路线为：电炉或转炉冶炼→LF精炼→连铸；或者在LF精炼后辅助真空精炼，即工艺路线为：电炉或转炉冶炼→LF+真空精炼→连铸。本发明解决技术问题是通过以下技术方案实现的，它包括如下步骤：

A、电炉或转炉冶炼，初炼钢水出钢后用铝脱氧；

B、LF精炼工序：

C、连铸；

关键步骤在于：步骤B所述的LF精炼工序：造渣时渣料加入量为12～14Kg/t钢；其中，渣料的主要指标为：每100重量份中，CaO 60～68重量份、Al₂O₃15～20重量份、0＜SiO₂≤5.0重量份、0＜MgO≤3.0重量份、CaF₂10～15重量份；即渣料的主要指标为CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、0＜SiO₂≤5.0％、0＜MgO≤3.0％、CaF₂10～15％：

为了提高钢的冶金质量，可采用LF+真空处理(VD)精炼工序：即在67Pa以下的真空度处理15～20分钟，氩气流量为50～100L/min；其作用是充分去除钢中的气体。

在上述方法中，为提高铝成分精确控制可进一步采用如下步骤及其参数：

步骤A：电炉或转炉冶炼采用常规工艺冶炼，出钢操作时，在出钢量达1/4～1/3时，加入3.2～3.7Kg/t_钢铝作为脱氧剂，还可以加入适量的合金(不加含硅合金)。其中，步骤A控制加铝量为3.2～3.7Kg/t_钢可确保钢液脱氧更充分，如超过使用量则铝成分易超标。现有方法采用的复合脱氧剂中含有硅元素，本发明方法中为提高熔渣碱度，采用不含硅的脱氧剂是为了降低熔渣中的SiO₂含量，减少铝还原SiO₂的几率，实现稳定控制钢中的铝成分。

步骤B采用渣料的主要指标为：CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、0＜SiO₂≤5.0％、0＜MgO≤3.0％、CaF₂10～15％；经LF精炼形成“高碱度，低SiO₂”渣系，将碱度(％CaO/SiO₂)控制在10～18，SiO₂含量控制在2.0～5.0％，优选SiO₂含量控制在3.0～4.0％。

在LF精炼工序中，还可加入0.6～1.4Kg/t_钢电石强化脱氧，其作用是降低钢中的氧含量和熔渣的氧化性，提高铝的收得率。当渣中FeO含量为0～0.5％时，调整铝成分控制在0.050～0.060％，可采用补喂铝线的方式。

本发明方法与现有方法的最大的不同在于：电炉或转炉出钢时采用铝作为脱氧剂(不加含硅脱氧剂)，钢液在LF+真空处理过程中采用“高碱度，低SiO₂”渣系，将SiO₂含量控制在2.0～5.0％，碱度(％CaO/SiO₂)控制在10～18，降低渣中SiO₂的活度，减少钢中的铝与渣中SiO₂反应的几率，从而实现钢水中铝成分的精准控制，同时还可提高熔渣的脱硫率。

主要区别及优点如下：

1、电炉或转炉出钢时采用铝脱氧(不加硅铁合金等含硅元素做脱氧剂)，严禁电炉或转炉出钢下渣，其作用是减少氧化性熔渣进入精炼包，减轻LF精炼的脱氧负担。

2、LF精炼时，电石强化脱氧，当渣中FeO含量小于0.5％，钢液脱氧良好，此时根据钢中铝含量可补喂铝线调整铝成分，使其控制在0.050～0.060％。采用本发明方法补加铝的收得率高且稳定，而且铝成分合格率达100％，同时，熔渣中的SiO₂极低，精炼过程增硅量得以控制，避免了因硅出格的废品，从而大大减少了经济损失。

3、应用本发明方法可以减少在LF+真空处理过程补喂铝线的次数(至少2次)，真空工序不需要补喂铝线调整铝成分，精炼周期可缩短5～10分钟，实现与连铸在时间上的良好匹配，真空工序也不需要添置喂丝机，节约设备成本，尤其适合真空工序无喂丝机设备的厂家。

4、应用本发明方法，真空工序不需要补喂铝线，可节约真空处理后，取样、试样分析、喂铝线的时间，因此经LF处理后钢水的出炉温度可低10～20℃，节约能源。

具体实施方式

以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。

本发明控制方法，可应用于仅采用LF精炼工序的冶炼工艺。若要经过真空处理，精炼时间更长，钢渣反应更充分，钢液中的铝成分控制难度更大。但是本发明控制方法同样适用于LF+真空精炼后需要控制铝成分的钢种。对于低碳铝钢脱氧任务更重，加铝后收得率低，控制难度更大，而本发明控制方法对于低碳铝钢也是非常实用的方法。而且同时适用于转炉冶炼或电炉冶炼的初炼钢水。

本发明控制方法包括：电炉或转炉冶炼→LF精炼(或LF+真空精炼)→连铸，与现有方法的主要区别在于：在电炉或转炉初炼钢水出钢时，一次性加入足够量、不含硅元素的铝脱氧剂脱氧，降低熔渣中的不稳定氧化物SiO₂、FeO、MnO等质量百分比。在LF+真空精炼时，若熔渣碱度(％CaO/SiO₂)按3～4控制，而钢中铝成分低的达0.018％，高的达0.060％，使得钢中铝成分合格率为85～90％。

在电炉或转炉出钢时，钢液中氧含量高，一次性加入足够量、不含硅元素的铝脱氧剂脱氧，形成大量的Al₂O₃夹杂物便于聚集长大上浮，同时，残留少量的Al₂O₃夹杂物在LF-真空处理时，也有充分的上浮时间，可提高钢液的清洁度，改善了钢的质量，钢液脱氧良好，可避免在LF-真空精炼过程中，添加的铝与渣中的FeO、MnO反应而消耗，使钢中的铝成分更容易控制。

为了进一步稳定控制钢中的铝成分，对上述技术方案做了进一步改进，即在LF+真空精炼工位采用“高碱度，低SiO₂”渣系，将SiO₂含量控制在2.0～5.0％，将熔渣的碱度(％CaO/SiO₂)控制在10～18，加入0.6～1.4Kg/t_钢电石强化脱氧，当渣中FeO含量0～0.5％时，调整铝成分控制在0.050～0.060％，调整铝成分含量可采用补喂铝线的方式。

通过控制渣中的SiO₂含量，减少钢中的铝与渣中SiO₂反应的几率，之后又加入电石强化脱氧，有利于降低钢液的氧化性和熔渣的氧化性，提高和稳定铝的收得率。

通过对比，若电炉或转炉出钢时，一次性不加入足够铝脱氧剂脱氧，钢液脱氧不充分，则在LF精炼工位仅控制熔渣碱度在10～18，加入电石强化脱氧，将要多次补喂铝线，后期补喂的铝线，一部分铝将参与脱氧，形成细小的Al₂O₃夹杂物难以上浮，将污染钢液，钢的纯净度降低，而铝成分合格率为92～95％；若同时采用电炉出钢时，一次性加入足够不含硅元素的铝脱氧剂脱氧，在LF工位最多仅补喂一次铝线，就能实现钢水中铝成分的精准控制。应用该方法生产的低碳铝成分钢，铝成分控制合格率达100％。

因此，经总结得到本发明控制方法，包括如下步骤：

A、电炉或转炉冶炼，初炼出钢后用铝脱氧；

B、LF精炼：

LF工序：采用“高碱度，低SiO₂”渣系，即加入渣料造渣，加入量为12～14Kg/t_钢；

其中，渣料的主要指标为：每100重量份中，CaO 60～68重量份、Al₂O₃15～20重量份、0＜SiO₂≤5.0重量份、0＜MgO≤3.0重量份、CaF₂10～15重量份；即为CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、0＜SiO₂≤5.0％、0＜MgO≤3.0％、CaF₂10～15％；

C、连铸。

步骤B还可以采用LF+真空精炼工序。为了提高钢的冶金质量。可采用LF+真空处理精炼工序：即在67Pa以下的真空度处理15～20分钟，氩气流量为50～100L/min；其作用是充分去气。

制备实例如下：

实施例采用的部分原料化学组成如下：

铝线：Al≥99.00％，Fe≤0.50％，Si≤0.45％，Cu≤0.02％，Mg≤0.05％，Ca≤0.05％；

铝球：Al≥99.00％，Fe≤0.50％，Si≤0.45％，Cu≤0.02％，Mg≤0.05％，Ca≤0.05％。

实施例1：

某公司70吨高阻抗超高功率电弧炉采用本方法生产的铝0.020～0.050％的低碳铝钢，其工艺步骤：

1)电炉初炼终点控制按常规工艺执行。

2)出钢时加铝球3.3Kg/t_钢脱氧。

3)在LF精炼工位，加入渣料12Kg/t_钢造渣，渣料的主要指标为：CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、0＜SiO2≤5.0％、0＜MgO≤3.0％、CaF₂10～15％，加入40Kg电石强化脱氧。

4)渣中的SiO₂含量控制在3.70％，(％CaO/SiO₂)控制在13，渣中FeO含量0.45％，根据铝含量已达0.051％，不喂铝线调整铝成分。LF精炼结束后转真空处理工序，在67Pa以下的真空度处理15分钟，氩气流量入为50～100L/min，处理完后(Al_total0.036％)送连铸，连铸采用保护浇铸后，即成。钢材中Al_total0.026％。

实施例2：

1)电炉初炼终点控制按常规工艺执行。

2)出钢时加铝球3.7Kg/t_钢脱氧。

3)在LF精炼工位，加入渣料13Kg/t_钢造渣，渣料的主要指标为：CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、SiO2≤5.0％、MgO≤3.0％、CaF₂10～15％，加入80Kg电石强化脱氧。

4)渣中的SiO₂含量控制在3.36％，(％CaO/SiO₂)控制在16，渣中FeO含量0.23％，根据铝含量达0.037％，补喂铝线调整铝成分至0.060％。LF精炼结束后转真空处理工序，在67Pa以下的真空度处理18分钟，氩气流量入为50～100L/min，处理完后(Al_total0.036％)送连铸，连铸采用保护浇铸后，即成。钢材中Al_total0.026％。

实施例3：

1)电炉初炼终点控制按常规工艺执行。

3)出钢时加铝球3.5Kg/t_钢脱氧。

4)在LF精炼工位，加入渣料14Kg/t_钢造渣，渣料的主要指标为：CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、0＜SiO2≤5.0％、0＜MgO≤3.0％、CaF₂10～15％，加入60Kg电石强化脱氧。

5)渣中的SiO₂含量控制在3.04％，(％CaO/SiO₂)控制在18，渣中FeO含量0.36％，根据铝含量已达0.050％，不喂铝线调铝成分。LF精炼结束后转真空处理工序，在67Pa以下的真空度处理16分钟，氩气流量入为50～100L/min，处理完后(Al_total0.032％)送连铸，连铸采用保护浇铸后，即成。钢材中Al_total0.025％。

实施例4：

某公司60吨转炉采用本方法生产的铝0.020～0.050％的低碳铝钢，其工艺步骤：

1)转炉初炼终点控制按常规工艺执行。

2)出钢时加铝球3.5Kg/t_钢脱氧。

3)在LF精炼工位，加入渣料14Kg/t_钢造渣，渣料的主要指标为：CaO 60～68％、Al₂O₃15～20％、0＜SiO2≤5.0％、0＜MgO≤3.0％、CaF₂10～15％，加入60Kg电石强化脱氧。

4)渣中的SiO₂含量控制在3.57，(％CaO/SiO₂)控制在14，渣中FeO含量0.38％，根据铝含量已达0.056％，不喂铝线调整铝成分。LF精炼结束后转真空处理工序，在67Pa以下的真空度处理15分钟，氩气流量入为50～100L/min，处理完后(Al_total0.040％)送连铸，连铸采用保护浇铸后，即成。钢材中Al_total0.030％。

本发明技术简单易行，不用增添新设备，可行性强，应用前景广。

Claims

1.钢中铝成分的控制方法，它包括如下步骤：

A、电炉或转炉冶炼，初炼钢水出钢后用铝脱氧；

B、LF精炼工序：

C、连铸；

其特征在于：所述LF精炼工序：造渣时渣料加入量为12～14Kg/t钢；渣料的主要指标为：每100重量份中，CaO 60～68重量份、Al₂O₃15～20重量份、0＜SiO₂≤5.0重量份、0＜MgO≤3.0重量份、CaF₂10～15重量份。

2.根据权利要求1所述的钢中铝成分的控制方法，其特征在于：步骤B所述LF精炼工序后采用真空处理工序。

3.根据权利要求2所述的钢中铝成分的控制方法，其特征在于：所述真空处理工序在67Pa以下的真空度处理15～20分钟，氩气流量为50～100L/min。

4.根据权利要求1-3任一项所述的钢中铝成分的控制方法，其特征在于：步骤A所述电炉或转炉初炼钢水出钢量达1/4～1/3时，加入3.2～3.7Kg/t_钢铝。

5.根据权利要求1-3任一项所述的钢中铝成分的控制方法，其特征在于：步骤B所述LF精炼工序中采用“高碱度、低SiO₂”渣系，将碱度控制在10～18，SiO₂含量控制在2.0～5.0％。

6.根据权利要求1-3任一项所述的钢中铝成分的控制方法，其特征在于：步骤B所述LF精炼工序中加入0.6～1.4Kg/t_钢电石。

7.根据权利要求1-3任一项所述的钢中铝成分的控制方法，其特征在于：步骤B所述LF精炼工序中当渣中FeO含量为0～0.5％时，调整铝成分含量为0.050～0.060％。