CN102206730B

CN102206730B - 一种钢水控氧降氮的方法

Info

Publication number: CN102206730B
Application number: CN2011101099966A
Authority: CN
Inventors: 朱苗勇; 邓志银; 苏庆林; 戴永刚; 田新中; 胡黎宁
Original assignee: Northeastern University China; Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Northeastern University China; Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN102206730A

Abstract

本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种钢水控氧降氮的方法。本发明通过配料、吹氧、造渣等步骤进行低拉碳操作，出钢时通过加碳脱氧的方式实现钢水增碳，以降低钢水的氧含量而不生成夹杂物，增碳后加入合金进行合金化，并继续加入精炼渣，待渣完全熔化且均匀覆盖时喂入铝线对钢水进行强脱氧。本发明相比高碳出钢消耗的氧气和增碳剂较多，但考虑到温度、脱磷、脱氮和生产节奏等成本，本发明仍然具有一定的成本优势。相比原来的低拉碳操作方法，本发明的优势更明显，可以较大地提升企业的经济效益。并且对操作工的要求相对较低，在原有操作方法稍作改进即可，因此更易被企业接受采纳。

Description

一种钢水控氧降氮的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种钢水控氧降氮的方法。

背景技术

钢帘线、轴承钢和弹簧钢等高碳钢品种，附加值高，产品需求量大，这类产品对钢的质量往往要求很高，要求钢水尽可能的纯净，降低钢水中的夹杂物含量。钢中非金属夹杂物有相当一部分是氧化物，因此常将钢中的氧含量作为衡量钢质量的重要指标。此外，TiN是一种具有规则外形的硬而脆的夹杂物，对钢的性能特别有害，这类夹杂物主要是钢水中的Ti与N生成的。控制TiN夹杂物的主要途径就是降低钢水的Ti含量和N含量。因此控制钢水中的氧氮含量成为冶金科技工作者的主要任务之一。

根据碳的氧化反应式：

（1）

平衡常数：

（2）

近似地取活度系数

和

为1，因此在一定温度和气压条件下，

，m为一常数，称为碳氧浓度积。根据碳氧浓度积，增加钢水中碳含量可以降低钢水中的溶解氧量，因此提高钢水的纯净度，最经济有效的方法是提高转炉出钢的碳含量，减少脱氧剂（例如铝、硅锰等）的加入量，以减少钢水中的夹杂物生成。

目前，转炉冶炼普遍采用低拉碳技术，靠出钢加脱氧剂脱氧后再增碳，其主要原因是转炉冶炼时钢水的终点碳含量高时，脱磷效果差，需多次倒炉取样延长了冶炼时间从而影响生产节奏，终点控制困难，出钢温度偏低，难以稳定生产。可是，低碳出钢技术虽能较稳定地控制，但由于钢水氧含量较高，合金收得率相对较低，脱氧夹杂物生成较多，不利于洁净钢的生产要求。在生产高品质中高碳钢时，一些先进的钢铁企业现在均采用提高转炉出钢碳含量来控制夹杂物的生成量，以减轻精炼工序去除夹杂物的负担。

实际上，出钢时钢水因裸露在空气中易发生吸氮。氧和硫是表面活性元素，氧含量较高时，可以阻碍钢水在出钢过程中吸氮。若采用高碳出钢，钢水的溶解氧含量较低，氧阻碍钢水吸氮的作用相对较差，吸氮比低碳出钢更多，这对控制TiN夹杂物是非常不利的。若通过精炼脱气来脱除部分气体，成本也会相应地增加。

综上，尽管转炉高拉碳技术拥有许多优点，但因操作困难并没有广泛的普及，其出钢过程增氮明显，也不是一种完美的控制夹杂物的操作方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种钢水控氧降氮的方法，解决了高碳出钢去磷能力差、终点控制难、终点温度偏低、出钢过程增氮多的问题，同时解决了低碳出钢氧含量高、脱氧剂消耗多的问题。

实现本发明目的的技术方案为通过配料、吹氧、造渣等步骤进行低拉碳操作，出钢时通过加碳脱氧的方式实现钢水增碳，以降低钢水的氧含量而不生成夹杂物，增碳后加入合金进行合金化，并继续加入精炼渣，待渣完全熔化且均匀覆盖时喂入铝线对钢水进行强脱氧。

具体包括以下工艺步骤：（1）低拉碳操作；（2）向钢水中加碳脱氧；（3）向钢水中加入合金和精炼渣；（4）喂铝线强脱氧。其特征在于所述的步骤（2）中的加碳脱氧是指出钢前在钢包底加入全部碳，控制转炉出钢钢流裸露直径200~400mm，使出钢时间尽可能短，且严格控制转炉下渣；所述的步骤（3）向钢水中加入合金和精炼渣，是指当钢水到达钢包深度1/4~3/4时，投入全部合金和精炼渣；所述的步骤（4）喂铝线是指指当精炼渣完全熔化且均匀覆盖在钢水表面时，在出钢位用喂丝机以100~250m/min的速度喂入铝线，使钢水中的酸溶铝的质量百分比为0.01%~0.05%，（2）（3）（4）步骤全程底吹氩气，步骤（4）喂铝线结束后继续吹氩气1~5分钟；

本方法适用于中高碳铝镇静钢；

所述的步骤（1）的低拉碳操作中控制铁水的成分按质量百分比为C 4.0~4.5%、Si 0.30~0.70%、Mn 0.20~0.60%、P≤0.08%，余量为铁及不可避免的杂质，铁水温度1350℃~1420℃，废钢加入量小于40%；吹氧枪位控制在1000~1400mm，氧压0.8~1.3MPa，供氧时间800~950s；造渣采用石灰、镁球、轻烧白云石、氧化铁皮、萤石；低拉碳操作的拉碳终点控制为C 0.04~0.20%，P<0.015%，拉碳温度>1600℃；

所述的步骤（2）中加入的碳为增碳剂或电极粒，加入量为钢水质量百分比的0.005~1.5%；

所述的步骤（3）中加入的合金为硅铁、锰铁、锰硅、铬铁、镍铁、铌铁、铜、钛铁，根据实际钢种确定合金的种类和数量，加入量分别为钢水质量百分比的0.001~5%；

所述的步骤（3）中加入的精炼渣为预熔合成渣、石灰、石英砂、铝钒土，根据实际渣系确定加入的渣料和数量，每吨钢水的精炼渣加入量为4~10kg。

与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是：

（1）转炉出钢温度高，减轻了后续精炼加热的负担。本发明的出钢温度可以控制在1600℃~1700℃之间，企业可以根据精炼要求灵活控制出钢温度，可以有效地减少精炼的加热时间，精炼渣化渣速度快，精炼效果更好；

（2）转炉操作时间短，有利于节奏顺行。因采用了低拉碳工艺，不需要多次倒炉取样，相比高拉碳可以大大节约时间，提高生产效率；

（3）出钢过程吸氮少，有利于降低成品氮含量。出钢过程钢水的氧含量较高，可以有效地阻碍钢流在裸露时大量吸氮。在钢包内因加入增碳剂，增碳剂与钢水中的氧发生反应生成大量的CO气幕，可以形成保护气氛，防止钢水的吸氮。同时，由于钢水中产生大量的CO气泡，降低了氮的分压，使溶解在钢中的氮从钢水中以气体而逸出，进一步降低钢水的氮含量；

（4）合金消耗少，夹杂物生成量少。钢水中的氧与增碳剂反应生成大量CO，并没有夹杂物生成。中碳钢使用本发明，当加入合金后，钢水中的氧含量已比较低，可以达到高碳出钢近似的效果。若是高碳钢，因加入的增碳剂更多，钢水中的氧含量会比高碳出钢（C 0.3%~0.6%）的氧更低，其对控制夹杂物更有利。经过验证，本发明对最终的夹杂物类型影响很小。尽管先加入合金，少量合金会生成氧化物，但后续喂入铝线后，这小部分氧化物很快又被铝还原，对合金的收得率影响很小，最终生成的夹杂物仍然是以氧化铝为主；

（5）节约生产成本，富有经济效益。本发明相比高碳出钢消耗的氧气和增碳剂较多，但考虑到温度、脱磷、脱氮和生产节奏等成本，本发明仍然具有一定的成本优势。相比原来的低拉碳操作方法，本发明的优势更明显，可以较大地提升企业的经济效益；

（6）拉碳操作容易，易于推广。本发明以低拉碳操作为基础，对操作工的要求相对较低，在原有操作方法稍作改进即可，因此更易被企业接受采纳。

附图说明

图1本发明与传统方法处理后的35CrMo冶炼LF进站和成品的氮含量对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：

下述实施例采用的转炉为80t转炉。

实施例1：本实施例冶炼的钢种为中碳铝镇静钢35CrMo，其各组分按重量百分比为：C 0.34~0.36 %、Si 0.20~0.24%、Mn 0.70~0.74%、P≤0.015%、S≤0.010%、Cr 0.95%~0.99%、Mo 0.18%~0.21%，余量为铁及杂质；

（1）低拉碳操作：向转炉中装入铁水74t，铁水温度1350℃，废钢加入量8t，钼铁加入量280kg，然后加入石灰4400kg、镁球300kg、轻烧白云石800kg、氧化铁皮700kg；吹氧枪位控制在1000~1300mm，氧压0.8~1.0MPa，供氧时间950s，转炉拉碳终点C：0.04wt%，P：0.008wt%，拉碳温度1646℃；

（2）向钢水中加碳脱氧：出钢前在钢包底加入80kg电极粒，控制转炉出钢钢流裸露直径200~300mm，出钢时间239s，严格控制转炉下渣，整个过程底吹氩气；

（3）向钢水中加入合金和精炼渣：当钢水到达钢包深度3/4时，投入615kg锰硅、1228kg高碳铬铁和400kg预熔合成渣、200kg石灰，整个过程底吹氩气；

（4）喂铝线：当精炼合成渣和石灰完全熔化且均匀覆盖在钢水上面时，在出钢位用喂丝机以100m/min的速度喂入铝线120m，使钢水中的酸溶铝质量百分比为0.05%，喂铝线过程吹氩，并控制钢水不裸露，喂完铝线后吹氩1min，然后开至LF精炼炉；

在LF精炼进站时用提桶式取样器取样分析得到的氮含量和最终成品取样分析得到的氮含量如图1所示，本发明与传统操作方法比较所得产品中氮含量低5~6ppm。

实施例2：本实施例冶炼的钢种为高碳铝镇静钢GCr15，其各组分按重量百分比为：C 0.99~1.02 %、Si 0.24~0.27%、Mn 0.29~0.31%、P≤0.015%、S≤0.007%、Cr 1.47%~1.51%，余量为铁及杂质；

（1）低拉碳操作：向转炉中装入铁水76t，铁水温度1420℃，废钢加入量7t，然后加入石灰4600kg、镁球300kg、轻烧白云石800kg、氧化铁皮750kg和萤石200kg，吹氧枪位控制在1100~1400mm，氧压0.9~1.3MPa，供氧时间800s，转炉拉碳终点C：0.20wt%，P：0.013wt%，出钢温度1668℃；

（2）向钢水中加碳脱氧：出钢前在钢包底加入587kg电极粒，控制转炉出钢钢流裸露直径300~400mm，出钢时间323s，严格控制转炉下渣，整个过程底吹氩气；

（3）向钢水中加入合金和精炼渣：当钢水到达钢包深度1/4时，投入100kg中碳锰铁、1776kg低钛高碳铬铁和300kg精炼合成渣、100kg石灰，整个过程底吹氩气；

（4）喂铝线：当精炼合成渣和石灰完全熔化且均匀覆盖在钢水上面时，在出钢位用喂丝机以250m/min的速度喂入铝线60m，使钢水中的酸溶铝质量百分比为0.01%，喂铝线过程吹氩，并控制钢水不裸露，喂完铝线后吹氩5min然后开至LF精炼炉。

Claims

1.一种钢水控氧降氮的方法，适用于中高碳铝镇静钢，包括以下工艺步骤：（1）低拉碳操作：入炉铁水的成分按质量百分比为C 4.0~4.5%、Si 0.30~0.70%、Mn 0.20~0.60%、P≤0.08%，余量为铁及不可避免的杂质，铁水温度1350℃~1420℃，废钢加入量小于40%；吹氧枪位控制在1000~1400mm，氧压0.8~1.3MPa，供氧时间800~950s；造渣采用石灰、镁球、轻烧白云石、氧化铁皮和萤石；低拉碳操作的拉碳终点控制为C 0.04~0.20%，P<0.015%，拉碳温度>1600℃；（2）向钢水中加碳脱氧；（3）向钢水中加入合金和精炼渣；（4）喂铝线，其特征在于所述的步骤（2）中的加碳脱氧是指出钢前在钢包底加入全部碳，控制转炉出钢钢流裸露直径200~400mm，使出钢时间尽可能短，且严格控制转炉下渣；所述的步骤（3）向钢水中加入合金和精炼渣，是指当钢水到达钢包深度1/4~3/4时，投入全部合金和精炼渣；所述的步骤（4）喂铝线是指当精炼渣完全熔化且均匀覆盖在钢水表面时，在出钢位用喂丝机以100~250m/min的速度喂入铝线，使钢水中的酸溶铝的质量百分比为0.01%~0.05%，（2）（3）（4）步骤全程底吹氩气，步骤（4）喂铝线结束后继续吹氩气1~5分钟。

2.根据权利要求1所述的一种钢水控氧降氮的方法，其特征在于所述的步骤（2）中加入的碳为增碳剂或电极粒，加入量为钢水质量百分比的0.005~1.5%。

3.根据权利要求1所述的一种钢水控氧降氮的方法，其特征在于所述的步骤（3）中加入的合金为硅铁、锰铁、锰硅、铬铁、镍铁、铌铁、铜、钛铁，根据实际钢种确定合金的种类和数量，加入量分别为钢水质量百分比的0.001~5%。

4.根据权利要求1所述的一种钢水控氧降氮的方法，其特征在于所述的步骤（3）中加入的精炼渣为预熔合成渣、石灰、石英砂、铝钒土，根据实际渣系确定加入的渣料和数量，每吨钢水的精炼渣加入量为4~10kg。