CN102796948B

CN102796948B - 极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法

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Publication number: CN102796948B
Application number: CN201110141481.4A
Authority: CN
Inventors: 张峰; 马长松; 吕学钧
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: CN102796948A

Abstract

极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法，其包括如下步骤：1)铁水预处理、转炉冶炼，化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.1～0.6％、P≤0.2％、S≤0.005％、Al≤0.005％、N≤0.005％、O：0.005～0.02％、Ti：0.0002～0.001％，余量为Fe及不可避免的夹杂；转炉采用挡渣操作降低下渣量，转炉出钢结束后，钢包表面渣量≤20kg/吨钢；2)RH精炼，RH精炼脱碳结束后，依次采用铝铁、硅铁弱脱氧，使弱脱氧之后钢液的游离氧含量在100～300ppm。本发明通过控制转炉出钢过程下渣量，采用铝铁、硅铁依次弱脱氧，以及严格控制精炼结束后钢中的氧含量，实现了极低Ti含量的无取向电工钢板生产。

Description

极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法

技术领域

本发明涉及无取向电工钢板及其冶炼方法，尤其涉及磁性优良的、极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法。

背景技术

Ti是电工钢中的有害元素。冶炼过程中，极少量的Ti、O、N元素便能结合，形成微细夹杂物TiO_x和TiN等。这些夹杂物会显著降低钢质纯净度，抑制热处理过程中带钢的晶粒成长，从而大幅降低成品带钢的各类磁性。基于此，越来越多的生产厂家对电工钢中的Ti含量提出了苛刻要求，目标是小于或等于30ppm，甚至10ppm。

钢中的Ti主要来源于铁水、炉渣以及硅铁合金。三者与钢中的Ti含量的相互作用关系可以解释如下：

粗炼过程中，由于Ti具有很强的还原性，因此氧化性氛围中，钢中的Ti几乎全部被氧化并形成TiO_x进入炉渣；精炼过程中，随着脱氧、合金化的进行，钢液氧化性不断降低，炉渣Al₂O₃含量不断升高，这些都不利于提高渣-钢间Ti的分配比，也就不利于降低钢中的Ti含量。此时，炉渣中的TiO_x开始被还原，再次形成Ti进入钢中。

此外，脱氧、合金化过程中，硅铁合金中的Ti也不会被氧化，而是溶解后直接进入钢中，增加钢中的Ti含量。硅铁合金的添加数量越多，钢中的Ti含量的控制难度就越大。

理论上讲，最佳的Ti控措施是，尽可能的降低硅铁、铝铁、磷铁等铁合金中的Ti含量，或者尽可能的降低硅铁、铝铁、磷铁等铁合金的添加数量，以最大限度的减少外界Ti的带入。例如，日本专利特开2002-322508，对钢液脱氧、合金化过程中还原材料的添加数量提出了严格要求，硅铁所占比例不能高于0.05％，铝铁所占比例不能高于0.002％。因此，为满足该工艺的控制要求，必须采用超高纯度的铁合金，但这会大幅增加钢的制造成本，同时，也很难通过工业化的方式，稳定、批量获得这些高纯度的铁合金。

还有，通过尽可能的降低铁水Ti含量，以降低成品钢中的Ti含量。例如，日本专利特开2004-307942提出将铁水Ti含量严格限制在500ppm以内，这样可以将钢中的Ti含量控制在20ppm以内。然而，由于高炉炼铁过程为还原气氛，本身不具备脱除Ti的条件，因此严格限制铁水Ti含量的苛刻要求，最终只能通过提高冶炼铁水用原、辅材料的品质级别予以实现，这样也会大幅增加成品钢的制造成本，不利于改善或提高产品的市场竞争力。此外，由于对铁矿石、熔剂等原、辅材料的品质级别提出了苛刻要求，不利于高炉炉况的保养和维护。

再有，目前广泛采用的通过降低炉渣中的TiO_x含量，或者调整炉渣的化学成分，或者减少炉渣中TiO_x的还原的方式，以降低成品钢中的Ti含量。例如，为有效减少炉渣中的TiO_x含量，避免脱氧、合金化之后，炉渣中的TiO_x被还原，日本专利特开2002-180123提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过扒渣、除渣的方式，降低炉渣数量。在此基础之上，日本专利特开2002-105578提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过先行扒渣、除渣，然后添加铝铁进行终脱氧、合金化；同样，在此基础之上，日本专利特开2004-307942提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过先行扒渣、除渣，控制炉渣的碱度、FeO含量，然后采用硅铁预脱氧、铝铁终脱氧的方式，调整最终炉渣的碱度，要求脱氧、合金化之后，炉渣的碱度限制在0.3～1.5；为准确控制炉渣化学成分，日本专利特开平5-86413提出在粗炼结束之后，通过进行钢包顶渣改质，添加FeSi和SiO₂改质剂的方式控制炉渣的碱度，也提高了渣-钢间Ti的分配比。上述方法的共同缺点是，需要预留出扒渣、除渣时间，从而延长了冶炼周期。此外，为达到炉渣的改质效果，冶炼过程添加的改质剂价格昂贵，操作过程也比较复杂。

还有，为有效避免炉渣中的TiO_x被还原，以及确保成品带钢的各类性能，日本专利特开2002-105578提出将机械用钢的Al含量控制在0.01～0.1％之间；日本专利特开2003-73726提出将轴承钢的P含量控制在0.025％以下；为避免脱氧、合金化之后，添加磷铁造成额外增Ti，日本专利特开平7-173519提出含P钢种添加磷铁时，钢液的游离氧含量需要大于100ppm。

发明内容

本发明的目的在于提供一种极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法，通过控制转炉出钢过程下渣量，采用铝铁、硅铁依次弱脱氧，以及严格控制精炼结束后钢中的氧含量，实现了极低Ti含量的无取向电工钢板生产，具有操作简便、成本低廉、磁性优良的特点。同时，粗炼结束后、精炼开始前，不需要进行扒渣、除渣，也无须对铁水Ti含量提出严格要求，以及限制脱氧、合金化效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

极低Ti含量的无取向电工钢板，其化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.1～0.6％、P≤0.2％、S≤0.005％、Al≤0.005％、N≤0.005％、O：0.005～0.02％，Ti≤0.001％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

进一步，钢中氧含量控制在90～140ppm。

在本发明化学成分中：

C：0.005％以下。C是强烈抑制成品晶粒成长的元素，容易恶化成品带钢的磁性，并产生严重的磁时效。因此，必须控制在0.005％以下。

Si：0.1～1.6％。Si是增加成品带钢电阻率的有效元素。Si含量低于0.1％时，起不到有效降低铁损的作用；Si含量高于1.6％时，磁通密度会显著降低，硬度增加，而且加工性会变差。

Mn：0.1％～0.6％。Mn与Si、Al元素相同，可以增加钢的电阻率，同时改善电工钢表面状态，因此有必要添加0.1％以上的含量。同时，Mn含量高于0.6％时，将使制造成本增加，成品磁感降低。

Al：0.005％以下。如果Al含量超出0.005％，成品钢板中就会析出AlN夹杂，强烈阻碍晶粒长大，并显著降低成品磁性。

P：0.2％以下。在钢中添加一定的磷可以改善钢板的加工性，但超过0.2％时反而使钢板冷轧加工性劣化。

S：0.005％以下。超过0.005％时，将使MnS等S化物析出大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

N：0.005％以下。超过0.005％时，将使AlN等N化物析出大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

O：0.005～0.2％以下。超过0.2％时，将使Al₂O₃等O化物夹杂大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化，而低于0.005％时，不利于低Ti含量的控制。

O的控制

首先，氧也是杂质元素。氧含量越高，对应钢中的夹杂物越多，越容易影响磁畴移动，同时阻碍成品退火过程中晶粒长大，进而恶化最终产品的磁性。因此，从原理上讲，希望尽可能的降低氧含量，以减少由此产生的夹杂物劣化成品磁性。

然而，严格控制钢中氧含量，以获得较高的钢质纯净度，需要大幅增加钢的制造成本，同时还会浪费较大产能。更重要的是，氧含量过低会造成钢液氧位下降、氧化性偏低，脱氧、合金化之后，钢液产生增Ti现象。由此，又产生了治理Ti的问题，而且Ti对成品磁性的影响更大，钢的制造成本也更高。因此，基于低成本生产需要，在保证成品磁性的前提下，产生了通过提高钢液氧位，增加氧元素含量，利用高氧化性控制Ti元素含量的想法。

其次，氧的控制要求需要同时满足两点。一，钢液氧化性需要。目的是尽可能的降低钢中Ti元素含量。由于Ti是强氧化性元素，很容易和氧元素进行结合，生成氧化物夹杂被去除。为避免脱氧、合金化之后，钢液重新增Ti，50ppm或以上氧含量是必须的。当然，如上所述，随着氧含量升高，钢的制造成本不断降低，并在氧含量为90-140ppm时，钢的铁损达到最低，随后钢的铁损逐步升高，并在氧含量为200ppm时超出原有控制水平。因此，本发明将氧含量的控制范围定为50-200ppm。

本发明的极低Ti含量的无取向电工钢的冶炼方法，其包括如下步骤：

1)铁水预处理、转炉冶炼

无取向电工钢的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.1～0.6％、P≤0.2％、S≤0.005％、Al≤0.005％、N≤0.005％、O：0.005～0.02％，Ti 0.0002～0.001％，余量为Fe及不可避免的夹杂；转炉采用挡渣操作降低下渣量，转炉出钢结束后，钢包表面渣量≤20kg/吨钢；以减少钢包表面炉渣中的TiO_x在RH精炼脱氧、合金化之后被大量还原，再次形成Ti进入钢中；

2)RH精炼，RH精炼脱碳结束后，依次采用铝铁、硅铁弱脱氧，使弱脱氧之后钢液的游离氧含量在100～300ppm；弱脱氧的目的是，控制钢液的氧化性气氛，避免钢包表面炉渣中的TiO_x被还原。

进一步，成品钢中氧含量控制在90～140ppm。

转炉采用挡渣操作降低下渣量，其主要目的是，避免经过转炉冶炼后，富Ti熔渣重新进入钢包，造成钢液脱氧、合金化之后，钢液增Ti。相同的铁水条件下，钢包下渣量越大，成品钢中的Ti含量越高。限于渣、钢界面为接触式反应，即使钢中的氧含量再高，富Ti含量熔渣较多时，良好的热力学条件仍然可以造成钢液增Ti。因此，挡渣是高氧控制要求的补充，也是非常关键的，二者缺一不可。

本发明的最大区别在于，无须采用特殊设备、工艺，在转炉出钢结束、精炼处理开始前，进行扒渣、除渣，无须对铁水Ti含量提出严格要求，也无须严格控制钢包表面炉渣的化学成分，以尽可能的减少渣中TiO_x的还原；而是通过挡渣方式控制转炉出钢下渣量，并在RH精炼脱氧、合金化过程中，通过弱脱氧方式控制钢液的氧化性，以及成品钢的氧含量，从而有效抑制了炉渣中的TiO_x还原，成品带钢具有极低的Ti含量，以及优良的电磁性能。

本发明没有对铁水Ti含量提出严格要求。而在正常的铁水Ti含量1000～2000ppm情况下，通过转炉冶炼过程产生的氧化性气氛，就可以在较短的时间内，去除钢液中的绝大部分Ti，这部分Ti被快速氧化后形成TiO_x进入炉渣。因此，通过转炉出钢过程的挡渣操作，就可以去除绝大部分的高TiO_x含量的炉渣。另外，即使转炉出钢过程的挡渣效果不佳，根据Ti的氧化、还原热力学计算，也只须将钢包表面的炉渣控制在20kg/t钢以内，便可以有效抑制炉渣中的TiO_x被大量还原，如图1所示。

此外，为了进一步避免炉渣中的TiO_x被还原，尽可能的实现极低Ti含量的控制，本发明还利用了在RH精炼脱碳结束之后进行弱脱氧，以控制钢液的氧化性气氛。

采用该方法的主要原因是，在RH精炼脱碳期间，为满足脱碳的需要，钢液的游离氧含量通常大于或等于200ppm，而在这样的氧化性气氛中，炉渣中的TiO_x不会被还原，而是在后续的脱氧、合金化过程中，随着钢液中的氧含量不断降低，氧化性气氛不断减弱，炉渣中的TiO_x才开始被还原，钢液中的Ti含量开始不断上升。因此，可以针对RH精炼脱氧、合金化过程，依次采用铝铁、硅铁进行弱脱氧。这样，既利用了铝铁费用低廉的特点，最大限度的降低了脱氧成本；又利用了硅铁合金的弱脱氧性，能够精确控制钢液的最终脱氧效果，避免氧化性气氛过度降低造成钢液回Ti。此外，采用较多的铝铁预脱氧、且预脱氧效果充分时，钢中多余的铝含量会以酸溶铝形式存在，这样就增加了钢液凝固过程中生成AlN微细夹杂的机会；而采用较少的铝铁预脱氧、且脱氧效果不充分时，因为硅铁是弱脱氧剂，会生成大量的氧化类夹杂。二者均会降低钢液纯净度，恶化成品带钢的磁性。弱脱氧控制的关键是，要控制钢液的氧化性气氛，避免钢包表面炉渣中的TiO_x被还原。弱脱氧之后，要求钢液的游离氧含量介于100～300ppm。然后，按照钢种化学成分的控制要求，分别添加硅铁、锰铁等进行合金化。此外，为得到良好的磁性，还应根据钢种化学成分的不同，将成品钢的氧含量控制在50～200ppm，最好控制在90～140ppm。弱脱氧效果和成品钢的氧含量对成品磁性的影响分别如图2、图3所示。

附图说明

图1为铁水Ti含量、钢包渣量与钢中Ti含量的关系。

图2为弱脱氧效果与成品磁性的关系。

图3为钢的氧含量与成品磁性的关系。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明钢的成分实施例参见表1，钢成分实施例参见表1。表2为实施例钢的性能。其中，A、B、C是表示不同钢种，实施例和对比例只有在同钢种下进行比较。

铁水、废钢按照比例进行搭配，经300吨转炉冶炼、控制出钢过程下渣，RH精炼脱碳、弱脱氧以及硅铁、锰铁合金化，之后进行连铸浇铸，最终得到170～250mm厚、800～1400mm宽的连铸坯。

表1 单位：重量百分比

表2

从表2可以看出，必须严格控制转炉下渣量，以及弱脱氧后的游离氧含量，二者交互作用，同时控制要求后，才能有效降低钢中Ti含量。

例如，实施例3中，转炉下渣量为4kg/t钢，弱脱氧后的游离氧含量为275ppm，对应的成品钢中Ti含量为4ppm；而对比例6中，转炉下渣量为22kg/t钢，弱脱氧后的游离氧含量为170ppm，对应的成品钢中Ti含量为23ppm。

Ti含量高低直接决定着成品磁性好坏。实施例3中，钢中Ti含量为4ppm，对应的成品磁性分别为1.771T、6.35W/kg，而对比例2中，钢中Ti含量为14ppm，对应的成品磁性分别为1.758T、6.98W/kg。

Claims

1.极低Ti含量的无取向电工钢，其化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.1～0.6％、P≤0.2％、S≤0.005％、Al≤0.005％、N≤0.005％、O：0.005～0.02％，Ti 0.0002～0.001％，余量为Fe及不可避免的夹杂。

2.如权利要求1所述极低Ti含量的无取向电工钢板，其特征是，钢中氧含量控制在90～140ppm。

3.极低Ti含量的无取向电工钢的冶炼方法，其包括如下步骤：

1)铁水预处理、转炉冶炼

无取向电工钢板的化学成分重量百分比为：C≤0.005％、Si：0.1～1.6％、Mn：0.1～0.6％、P≤0.2％、S≤0.005％、Al≤0.005％、N≤0.005％、O：0.005～0.02％，Ti 0.0002～0.001％，余量为Fe及不可避免的夹杂；转炉采用挡渣操作降低下渣量，转炉出钢结束后，钢包表面渣量≤20kg/吨钢；

2)RH精炼，RH精炼脱碳结束后，依次采用铝铁、硅铁弱脱氧，使弱脱氧之后钢液的游离氧含量在100～300ppm；

4.如权利要求3所述极低Ti含量的无取向电工钢板的冶炼方法，其特征是，成品钢中氧含量控制在90～140ppm。