CN103103307B - 一种采用转炉非真空流程生产低氮绞线用钢的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用转炉非真空流程生产低氮绞线用钢的方法，属于预应力钢绞线用钢技术领域。工艺包括：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→挡渣出钢 →钢包脱氧及合金化→钢包渣改质→LF钢包精炼→喂Si-Ca线→钢包底吹氩软吹→160mm×160mm小方坯全保护浇铸→结晶器配合末端电磁搅拌，控制的技术参数为：转炉采用双渣操作，终点碳按0.20～0.30%控制，出钢温度1600～1630℃，下渣厚度在0～50mm之间；微氮增碳剂N：0.005～0.025%配碳5kg/吨钢，用Si-Ca-Ba脱氧，加入量1.5kg/吨钢，加4kg/吨钢合成渣；出LF精炼站控制氧活度≤10ppm，终渣FeO+MnO≤3%；喂Ca-Si线1m/吨钢，软吹氩时间12～ 30分钟。优点在于，大幅度降低生产成本；达到真空脱气流程生产绞线用钢的氮质量控制水平。
Description
技术领域
本发明属于预应力钢绞线用钢技术领域，特别是涉及一种采用转炉非真空流程生产低氮绞线用钢的方法,适用于转炉、LF炉、小方坯连铸工艺生产含氮量小于40ppm的钢绞线用钢(钢中碳含量0.78～0.90%)的生产方法，应用于高等级建筑预应力混凝土。
背景技术
在特定情况下,钢中的氮会降低材料的性能，它的存在降低了钢的韧性和塑性；使钢产生应变时效、时效沉淀硬化或时效脆性；造成钢的蓝脆、红热脆性、冷脆；促使中心疏松或形成显微孔隙；产生发纹和气泡；影响钢的深冲性能、焊接性能、HAZ性能、热加工性能；造成铸坯开裂及引起晶间腐蚀。所以，许多高级的钢种对钢中的氮含量有严格的要求。比如高级的热轧钢板，氮要求低于40ppm；高强度管线钢要求低于30ppm；IF冷轧钢板要求氮低于25ppm。
为降低生产成本，各钢铁企业在冶炼钢绞线82B时，普遍取消了真空脱气装置，钢中氮、氢气体含量较高。目前,国内82B钢中的氮正常水平在50～70ppm，同时在轧制过程中，由于强制变形、强制冷却和相变，刚下线的盘条中存在大量的残余应力（轧制应力、温度应力、相变应力）。由于气体和残余应力的释放需要时间，这便导致82B盘条在用户使用前需要进行时效处理。氮在82B中主要危害表现为与钢中钛、铝等元素形成带棱角而性脆的夹杂物，在一定量的塑性变形后，内部首先出现微小的空洞，随着变形量的增加，空洞数量增加并相互聚合，最终导致材料断裂。与塑性夹杂物相比，氮化物形成脆性夹杂物更易成为高碳钢冷拔加工过程中延性破坏的起源。多数生产高碳钢的企业受现有冶炼装备的限制，造成82B钢的化学成分不稳定，钢的纯净度低，成分偏析大，拉拔及捻制中断丝率高。特别是钢中氮含量波动范围从标准下限波动到上限、甚至超标。这样造成制品企业拉拔后产品强度、韧性等指标波动范围大，成品合格率低；另一方面容易在拉拔中造成脆断，严重时无法加工。
日本企业生产高碳钢（碳含量大于0.77%）氮含量普遍控制在40ppm以下,主要区别在于不同工艺流程控制方面,日本企业生产高碳钢普遍采用铁水全三脱工艺、转炉或者电炉、LF炉精炼+真空脱气、大方坯开坯两火成材工艺生产，产品质量稳定，工序生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用转炉非真空流程生产低氮绞线用钢的方法，该低氮钢绞线用钢碳含量0.78～0.90%，采用本发明生产的钢绞线用钢，钢中氮控制在40ppm以内,达到走真空脱气工艺、大方坯连铸工艺生产的钢绞线用钢质量水平，大幅度降低工序生产成本；达到真空脱气流程生产绞线用钢的氮质量控制水平。
本发明采用210吨转炉、210吨LF精炼炉、160mm×160mm连铸方坯工艺生产低氮82B生产方法，工艺包括铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→挡渣出钢→钢包配碳、脱氧及合金化→钢包渣改质→LF钢包精炼→喂Si-Ca线→钢包底吹氩软吹→160mm×160mm小方坯全保护浇铸→结晶器配合末端电磁搅拌→加热→控制轧制→控制冷却；工艺中控制的技术参数如下
转炉采用双渣操作，终点碳按0.20～0.30%控制，出钢温度1610～1630℃，挡渣出钢控制渣厚在0～50mm之间；
采用微氮增碳剂（N：0.005～0.025%）5kg/吨钢增碳，采用硅钙钡合金1.5kg/吨钢脱氧，4kg/吨钢合成渣；
出LF精炼站控制氧活度≤10ppm，精炼终渣FeO+MnO≤3%；喂Ca-Si线1m/吨钢进行夹杂变性处理，软吹氩时间在12～30分钟之间；采用结晶器配合末端电磁搅拌以降低铸坯中心碳偏析和缩孔，控制中间包钢水过热度控制在10～30℃，采用2.1m/min恒拉速全保护浇铸，0.69kg/L二次比水量进行浇注。82B钢中的氮含量区间为0.0032～0.0039%，平均为0.0037%，达到真空脱气流程生产82B的氮质量控制水平。
该发明的具体工艺路线:
铁水脱硫扒渣→210吨转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧合金化→钢包渣改质→LF钢包精炼，包括提温、合金微调、脱硫→喂Si-Ca线→钢包吹软吹氩→160mm×160mm方坯连铸机全保护浇铸、结晶器电磁搅拌加末端电磁搅拌→铸坯检查→加热→控制轧制→控制冷却。
该发明的主要工艺措施：
当铁水S<0.040%时直接入炉，S>0.040%时脱硫扒渣，目标S<0.01%，采用双渣操作，终点目标C按0.20～0.30%控制；P≤0.012%，S≤0.020%，终渣碱度（CaO/SiO2）>3.2。出钢温度按1610～1630℃控制。挡渣球配合挡渣锥出钢，控制钢包渣层厚度0～50mm。
配碳采用5kg/吨钢微氮增碳剂（N：0.005～0.025%），其余部分采用低氮增碳剂（N：0.025～1.7%）补齐；用Si-Ca-Ba脱氧，加入量1.5kg/t钢。采用Mn-Fe配锰，Si-Fe配硅，吸收率按照92%控制。
出钢时间≥5min。采用挡渣出钢，钢包内转炉下渣渣厚≤60mm；出钢时加入二元合成渣4kg/吨钢合成渣；出钢过程全程底吹氩（流量500～800 NL/min）。
钢水到精炼站后预吹氩气3分钟（流量300～500NL/min），并根据液面翻腾情况适当调整。造渣料使用合成渣，活性石灰，铝钒土，萤石，渣量按1.8～2.2吨控制(铝钒土少加控制在200Kg以内)，渣面加入Fe-Si粉和电石脱氧，争取在供电15min分钟内形成白渣及终渣TFe<1.0%，尽可能降低钢中ao、S含量。确保快速化渣，各种渣料要尽早加入。最后一批合金调整完毕吹氩搅拌≥5min（流量300～500 L/min），以保证合金成分均匀。
LF炉处理结束时喂入Ca-Si线1m/吨钢炉，进行夹杂物变形处理，喂线后软吹氩（流量40～70 L/min）时间必保≥12min，以渣面微微涌动不裸露钢为宜，使钢中夹杂充分上浮。精炼处理毕目标ao≤10ppm。
160mm×160mm小方坯连铸，结晶器采用300A、5Hz的电磁搅拌，末端采用400A、5Hz电磁搅拌，采用高碱度大包覆盖剂，大包氩封、中间包全程吹氩、浸入式水口全保护浇铸，浇注按照2.1±0.1m/min拉速控制，中间包钢水过热度≤30℃，连铸二冷采用0.69L/Kg比水量进行浇注。
大包采用带Ar封长水口，保护浇注。使用Mg-Ca质干式料带挡墙中间包，全保护浇注，大包保护套管氩气流量30～50L/min，未加套管时严禁向中包冲击区加入覆盖剂。开浇前中包充氩。中间包选用高碱度覆盖剂；结晶器保护渣选用FRK-45。结晶器水流量1500～1600 NL/min，二次冷却配水曲线选用0.69L/kg钢比水量。引锭头出结晶器后开启结晶器电磁搅拌，最后一炉塞棒停浇后停止电磁搅拌。结晶器电磁搅拌参数：4Hz，350A。保持高中包液面浇注，过程中液面800～900mm，保持液面稳定。严格执行最低中包液面不低于400mm。开浇第一支坯和最后一支坯切头、尾按照3.0米长度。连浇停浇时采用先停浇后摘套管，严禁裸浇。
采用自动液面控制，保持稳定结晶器液面，工作拉速稳定在2.1m/min的范围。中包钢水过热度按20～30℃目标控制。中间包停浇钢液面高度为400mm。
具体实施方式
本发明可在钢铁联合企业实施，下面是首钢迁钢炼钢厂，采用该发明生产的实例。
工艺路线为：铁水脱硫扒渣→迁钢210t转炉冶炼→转炉挡渣出钢 →钢包脱氧合金化→LF钢包精炼→喂Si-Ca线→钢包底吹氩软吹→160mm×160mm方坯连铸机→铸坯。
转炉冶炼主要工艺参数：炉子公称容量：210t，倾动方式：全悬挂四点啮合全悬挂扭力杆式，转炉全高H=11842mm，炉体回转速度：V=0.1～1r/min；
LF炉主要工艺参数：额定能力：单包钢水210t，上口外径：4950mm，电极直径500 mm，炉盖升降行程：600mm；
连铸机主要工艺参数：160mm×160mm方坯；8机8流，液位自控全保护带结晶器电磁搅拌；
实施例1：炉号8B05482
转炉冶炼:原料铁水加入量211吨，废钢25吨，供氧工作氧压7.5kg/cm2，供氧时间14分30秒；石灰加入量7800kg，轻烧白云石1660kg；奥矿1800kg；终点碳：0.28%，磷：0.012%；出钢温度1620℃。
脱氧合金化:微氮增碳剂5kg/吨钢；硅钙钡1.5kg/吨钢；硅锰1000kg，锰铁1000kg，碳素铬铁970kg。
LF精炼炉：萤石900kg；石灰1400kg；合成渣加入650kg，埋弧渣320kg，铝矾土：200kg，电石：50kg；铝粒：50kg；硅铁粉：50kg；硅钙线：1m/吨钢；软吹氩流量：65NL/min，时间12分30秒；
连铸：结晶器电磁搅拌参数：300A、5Hz；结晶器水流量1550NL/min，二次冷却选用0.69L/kg比水量；保护渣：FRK-45；中包钢水过热度25℃；拉速2.1m/min。
82B各工位氮含量变化：转炉N：0.0022%→进LF炉N：0.0028%→出LF炉N：0.0032%→中包N：0.0034%→轧材N：0.0036%。
实施例2：炉号8A04946
转炉冶炼:原料铁水加入量210吨，废钢26吨，供氧工作氧压7.4kg/cm2，供氧时间14分45秒；石灰加入量7900kg，轻烧白云石1760kg；奥矿1900kg；终点碳：0.26%，磷：0.011%；出钢温度1625℃。
脱氧合金化:微氮增碳剂5kg/吨钢；硅钙钡1.5kg/吨钢；硅锰1010kg，锰铁1010kg，碳素铬铁1000kg。
LF精炼炉：萤石920kg；石灰1410kg；合成渣加入680kg，埋弧渣300kg，铝矾土：180kg，电石：50kg；铝粒：50kg；硅铁粉：50kg；硅钙线：1m/吨钢；软吹氩流量：64NL/min，时间14分30秒；
连铸：结晶器电磁搅拌参数：300A、5Hz；结晶器水流量1560NL/min，二次冷却选用0.69L/kg比水量；保护渣：FRK-45；中包钢水过热度26℃；拉速2.10m/min。
82B各工位氮含量变化：转炉N：0.0025%→进LF炉N：0.0029%→出LF炉N：0.0037%→中包N：0.0038%→轧材N：0.0039%。
实施例3：炉号8B05478
转炉冶炼:原料铁水加入量215吨，废钢20吨，供氧工作氧压7.6kg/cm2，供氧时间13分30秒；石灰加入量7700kg，轻烧白云石1650kg；奥矿1820kg；终点碳：0.25%，磷：0.012%；出钢温度1621℃。
脱氧合金化:微氮增碳剂5kg/吨钢；硅钙钡1.5kg/吨钢；硅锰1010kg，锰铁1000kg，碳素铬铁1000kg。
LF精炼炉：萤石920kg；石灰1500kg；合成渣加入800kg，埋弧渣300kg，铝矾土：200kg，电石：50kg；铝粒：50kg；硅铁粉：50kg；硅钙线：1m/吨钢；软吹氩流量：60NL/min，时间15分30秒；
连铸：结晶器电磁搅拌参数：300A、5Hz；结晶器水流量1520NL/min，二次冷却选用0.69L/kg比水量；保护渣：FRK-45；中包钢水过热度20℃；拉速2.10m/min。
82B各工位氮含量变化：转炉N：0.0025%→进LF炉N：0.0028%→出LF炉N：0.0036%→中包N：0.0036%→轧材N：0.0037%。
实施例4：炉号8B05455
转炉冶炼:原料铁水加入量213吨，废钢23吨，供氧工作氧压7.3kg/cm2，供氧时间13分30秒；石灰加入量7800kg，轻烧白云石1660kg；奥矿1800kg；终点碳：0.22%，磷：0.012%；出钢温度1610℃。
脱氧合金化:微氮增碳剂5kg/吨钢；硅钙钡1.5kg/吨钢；硅锰1000kg，锰铁1000kg，碳素铬铁1000kg。
LF精炼炉：萤石900kg；石灰1400kg；合成渣加入650kg，埋弧渣320kg，铝矾土：200kg，电石：50kg；铝粒：50kg；硅铁粉：50kg；硅钙线：1m/吨钢；软吹氩流量：65NL/min，时间12分35秒；
连铸：结晶器电磁搅拌参数：300A、5Hz；结晶器水流量1550NL/min，二次冷却选用0.69L/kg比水量；保护渣：FRK-45；中包钢水过热度29℃；拉速2.1m/min。
82B各工位氮含量变化：转炉N：0.0022%→进LF炉N：0.0025%→出LF炉N：0.0030%→中包N：0.0031%→轧材N：0.0032%。
Claims (1)
1.一种采用转炉非真空流程生产低氮绞线用钢的方法，钢中碳含量0.78％，工艺包括：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→挡渣出钢→钢包脱氧及合金化→钢包渣改质→LF钢包精炼→喂Si-Ca线→钢包底吹氩软吹→160mm×160mm小方坯全保护浇铸→结晶器配合末端电磁搅拌；其特征在于，工艺控制如下：
转炉采用双渣操作，终点碳按0.20％控制，出钢温度1630℃，挡渣出钢，控制转炉出钢过程中的下渣厚度在0～50mm之间；
微氮增碳剂:N：0.005～0.025％，配碳5kg/吨钢，用Si-Ca-Ba脱氧，加入量1.5kg/吨钢，加4kg/吨钢合成渣；
LF炉造渣料使用合成渣，活性石灰，铝钒土，萤石，渣量按1.8～2.2吨控制,铝钒土控制在200Kg以内，渣面加入Fe-Si粉和电石脱氧，在供电15min分钟内形成白渣及终渣TFe<1.0％，降低钢中a[o]、S含量；LF炉处理结束时喂入Ca-Si线1m/吨钢，喂线后软吹氩，流量40～70L/min，时间≥12min，以渣面微微涌动不裸露钢为宜，使钢中夹杂充分上浮,精炼处理毕目标a[o]≤10ppm；
采用160mm×160mm小方坯连铸，结晶器采用300A、5Hz的电磁搅拌，末端采用400A、5Hz电磁搅拌，采用高碱度大包覆盖剂，大包氩封、中间包全程吹氩、浸入式水口全保护浇铸，浇注按照2.1m/min恒拉速控制，中间包钢水过热度控制在10～30℃，连铸二冷采用0.69L/Kg比水量进行浇注，使用Mg-Ca质干式料带挡墙中间包，全保护浇注，大包氩封保护套管氩气流量30～50L/min，未加套管时严禁向中包冲击区加入覆盖剂，开浇前中间包充氩，中间包选用高碱度覆盖剂；结晶器保护渣选用FRK-45，结晶器水流量1500～1600NL/min，引锭头出结晶器后开启结晶器电磁搅拌，最后一炉塞棒停浇后停止电磁搅拌。
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