CN103225009B

CN103225009B - 高洁净度钢的熔炼方法

Info

Publication number: CN103225009B
Application number: CN201210134127.3A
Authority: CN
Inventors: 菊池直树; 松野英寿; 村井刚; 三木祐司
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: TW201331377A; TW201612321A; BR102012010090B1; BR102012010090A2; TWI593803B; KR101361867B1; KR20130087345A; CN103225009A

Abstract

本发明提供一种高洁净度钢的熔炼方法，其能够使利用环流式真空脱气装置熔炼钢的方法大幅减低钢铁制品中起因于夹杂物的缺陷。一种高洁净度钢的熔炼方法，其为利用环流式真空脱气装置一边使钢包中的钢水进行环流一边进行脱碳处理、添加脱氧剂进行镇静处理的钢的熔炼方法，其特征在于，以前述镇静处理中的环流气体的吹入量为4L(标准状态)/min·t以上的方式一边使钢水进行环流一边投入冷料，调整钢水温度，并且设定前述冷料投入后的环流时间T，使其与每1吨钢水的冷料添加量W的关系满足下述式：T(min)≥0.25W(kg/t)+2。

Description

高洁净度钢的熔炼方法

技术领域

本发明涉及高洁净度钢的熔炼方法，其可使用环流式真空脱气装置来制造具有高洁净度的钢。

背景技术

近年来，伴随着使用钢铁材料的用途的扩大，要求强度、韧性等特性的提高，并且从保证品质的方面考虑，对内部品质的高品质化要求也在提高。因此，强烈期望提高钢的洁净度。

在熔炼钢的炼钢阶段中，通常通过向钢水中添加Al、Si等脱氧剂而使钢水中的溶解氧量降低。对于此时生成的Al₂O₃、SiO₂等脱氧产物而言，其大部分通过利用向钢水中吹入Ar气等的方法进行搅拌，从而被浮上、分离、去除到钢水外，但还有一部分残存于钢水中，在钢中以氧化物系夹杂物的形式存在。该氧化物系夹杂物如果是微量且微小的话，则在实用上无害，但是当其量及尺寸超过某值时，便会对最终制品的内部品质、表面品质等造成重大的不良影响。因此，优选在炼钢阶段中将这样的有害的氧化物系夹杂物完全去除。

作为应对上述那样的有害氧化物系夹杂物的技术，例如在专利文献1中公开了如下技术：在以Al、Al合金和/或Si合金作为脱氧剂的钢水脱氧中，将CaO-SiO₂系熔剂与脱氧剂一同添加到钢水中，使由脱氧反应生成的Al₂O₃吸收到CaO-SiO₂系熔剂中，控制形貌为CaO-SiO₂-Al₂O₃系的具有延性的夹杂物，由此将脱氧产物进行无害化。

另外，专利文献2中公开了如下技术：将低碳未脱氧钢出钢到钢包(ladle)内后，向钢包内炉渣上投入脱氧剂(Al源)，将炉渣中的低级氧化物还原，使T.Fe浓度为5％以下，然后利用图1所示的真空脱气处理装置一边向真空脱气槽内吹入氧气一边进行脱碳处理，使C含量为0.006％以下，然后进行Al脱氧，由此防止来自炉渣的再氧化，提高洁净度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-33132号公报

专利文献2：日本特开平2-30711号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，上述专利文献1和专利文献2中公开的添加熔剂或将炉渣改性的技术不仅招致制造成本的增大，而且在炼钢的最终阶段的钢的纯化中无法期待太大的效果。这是因为，上述现有技术以直到向钢水中添加脱氧剂为止的工序作为对象，对在其后的工序中添加到钢水的物质而言影响力小。

本发明鉴于现有技术中存在的上述问题而开发，其目的在于，提供高洁净度钢的熔炼方法，其可使利用环流式真空脱气装置熔炼钢的方法减低钢中所含的夹杂物，并且大幅减低钢铁制品的缺陷。

用于解决问题的方案

发明人等为了解决上述课题而反复进行了深入研究。其结果发现如下事实，从而开发出本发明：为了使用环流式真空脱气装置熔炼高洁净度的钢，在添加脱氧剂后投入冷料(coldcharge)的情况下，重要的是使投入冷料后的环流气体的流量设为规定以上、且确保规定时间的环流时间；另外，在添加脱氧剂之前投入冷料的情况下，可放宽上述环流处理的限制。

即，本发明为一种高洁净度钢的熔炼方法，其为利用环流式真空脱气装置一边使钢包中的钢水进行环流一边进行脱碳处理、添加脱氧剂进行镇静处理的钢的熔炼方法，其特征在于，以前述镇静处理中的环流气体流量为4L(标准状态)/min·t以上的方式一边将钢水进行环流一边投入冷料，来调整钢水温度，

并且设定前述冷料投入后的环流时间T，使其与每1吨钢水的冷料添加量W的关系满足下述式：

T(min)≥0.25W(kg/t)+2。

予以说明，上述环流时间优选以分钟为单位向上取整而得到的时间。

本发明的高洁净度钢的熔炼方法的特征在于，使前述钢包中的炉渣组成为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系，进而，将炉渣中的(T.Fe)和(MnO)的总浓度调整至4质量％以下。

另外，本发明为一种高洁净度钢的熔炼方法，其为利用环流式真空脱气装置一边使钢包中的钢水进行环流一边进行脱碳处理、添加脱氧剂进行镇静处理的钢的熔炼方法，其特征在于，在投入前述脱氧剂之前，投入由转炉吹炼结束时的钢水温度、钢水中的溶解氧、其后的RH处理时间以及直到进行铸造为止的处理时间所确定的量的冷料，来调整钢水温度。

发明的效果

根据本发明，由于可利用使用环流式真空脱气装置的简便方法提高钢的洁净度，因此可向市场提供不仅制造成本减低、而且不产生起因于夹杂物的缺陷的钢铁制品。

附图说明

图1为环流式真空脱气装置的概略剖视图。

图2为表示冷料投入量和冷料投入后的环流时间给钢铁制品的夹杂物产生率带来的影响的图。

图3为表示冷料投入后的环流气体的流量给钢铁制品的夹杂物产生率带来的影响的图。

图4为将在添加脱氧剂后投入冷料的情况下和在脱氧剂添加之前投入冷料的情况下的钢铁制品的夹杂物产生率进行比较的图。

附图标记说明

1：钢包

2：钢水

3：炉渣层

4：真空脱气槽

5：浸渍管

6：环流气体(Ar)

7：冷料用料斗

8：冷料添加用注入管

9：排气口

具体实施方式

炼钢工序中的钢水的脱氧通常通过将包含Al、Si等脱氧元素的脱氧剂添加到钢水中，减低溶解氧来进行。将脱氧剂添加到钢水中时，通过下式(1)式和(2)式所示的反应，生成作为一次脱氧产物的Al₂O₃、SiO₂，并悬浮在钢水中。

2[Al]+3[O]＝Al₂O₃ (1)

[Si]+2[O]＝SiO₂ (2)

悬浮在钢水中的这些脱氧产物通过将Ar气等非活性气体吹入到钢水中进行搅拌，从而被浮上、分离而排出到钢水外。

例如，对于使用如图1所示的环流式脱气装置(RH脱气装置)的RH处理而言，在不具有钢包精炼炉(LF)等其它的钢包精炼设备的精炼阶段中，大多为直接连接于连续铸造等铸造工序的最终工序。因此，由于在连续铸造等铸造工序中钢水的温度管理是重要的，所以在RH处理中进行将钢水温度调整至规定的范围的操作。

此处，图1所示的RH脱气装置由存积钢水2的钢包1、和在下部具有浸渍于钢水2内的2根浸渍管5的真空脱气槽4构成，所述钢水在上层形成有炉渣层3，在上述真空脱气槽4的上部侧面设置有连接于排气设备的排气口9和用于添加贮藏于料斗7中的冷料的投入口(注入管)8。在2根浸渍管5之中的一根浸渍管上连接有用于将Ar气等环流气体6吹入浸渍管内的配管，在用排气设备对真空脱气槽4内进行真空排气而将钢水2导入真空脱气槽4内的同时，通过向浸渍管5内供给环流气体6，产生钢水2伴随环流气体6的上升而流入真空脱气槽4内、并从另一根浸渍管下降而返回到钢包1内的钢水流，从而对钢水实施真空脱气处理。

上述钢水的温度调整通常通过在RH处理的结束之前、具体而言，在一边使钢水环流一边添加脱氧剂后，投入切碎屑、切断屑等冷料来进行。但是，在所添加的冷料之中也较多地存在表面被氧化的冷料，因此在添加有Al等脱氧剂且钢水已经为镇静状态的情况下，通过下述(3)式：

Fe₂O₃+2[Al]＝2[Fe]+Al₂O₃ (3)

的反应，钢水中的[Al]被氧化而生成Al₂O₃，使钢水的洁净度大幅降低。

为了去除由投入冷料而生成的Al₂O₃，需要充分确保RH处理中投入冷料后的环流时间。发明人等针对将因投入上述冷料而恶化的钢水的洁净度洁净化到不对钢铁制品的品质造成不良影响的程度所必需的环流时间进行了调查。其结果发现，纯化所必需的环流时间T随着冷料添加量W而变化，需要以满足下述(4)式：

T(min)≥0.25W(kg/t)+2 (4)

的方式设定。上述环流时间优选以分钟为单位向上取整而得到的时间。

予以说明，为了防止由钢水温度的降低导致的铸造事故等，冷料投入后的环流时间的上限优选设为6min。

另外，发明人等发现，在上述RH处理中，通过将冷料投入后的环流气体(Ar)的流量设为规定的流量以上，具体为4L(标准状态)/min·t以上，由此可更稳定地减低夹杂物的产生率。

另外，发明人等还发现，在上述RH处理中，优选的是，添加以CaO为主要成分的炉渣改性材料，使钢包内的炉渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系的组成，进而，将炉渣中的(T.Fe)和(MnO)的总浓度调整至4质量％以下。这是因为，通过使炉渣的组成为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系，可高效地吸收钢水中生成的Al₂O₃等夹杂物。

另外，这是因为，上述(T.Fe)和(MnO)为以氧化物的形式包含在炉渣中的铁和Mn的总量，它们的总浓度越少，就越能够抑制由钢水中的Al等的氧化而导致的氧化物系夹杂物的增加。为了获得上述效果，优选将(T.Fe)和(MnO)的总浓度减低至4质量％以下，优选减低至2质量％以下。

进而，发明人等对如下方法进行了研究：即使投入用于调整钢水温度的冷料，也无需限制上述那样的环流时间、环流气体流量就可熔炼出高洁净度钢。

其结果发现，通过在投入脱氧剂之前由转炉精炼结束时的钢水温度、钢水中的溶解氧、其后的RH处理时间以及直到进行铸造为止的处理时间来求出冷料投入量，从而即使将冷料投入后的环流时间缩短至镇静处理所必需的最低限的时间也可确保钢的洁净度。

在确定上述冷料投入量时考虑溶解氧的理由在于，脱氧剂的添加量根据溶解氧量而变化，随此升温量也不同。另外，考虑其后的RH处理时间和直到进行铸造为止的处理时间的理由在于，要考虑直到进行RH处理和铸造为止的经过时间下的温度降低。

实施例1

在使用图1所示的RH脱气装置精炼钢时，为了调查添加脱氧剂后投入冷料的情况下的RH处理条件，进行了以下的实验。

将对从高炉出来的铁水(hot metal)实施脱硫、脱磷等铁水预处理后用转炉进行吹炼而获得的约250吨的钢水，在未脱氧状态下出钢到钢包中。该钢水的成分组成为[C]：0.03～0.04质量％、[Si]：0.03～0.06质量％、[Mn]：0.3～0.5质量％、[P]：0.007质量％以下、[S]：0.0030质量％以下。

接着，对于上述未脱氧状态的钢水，使用RH脱气装置，进行从浸渍管吹入环流气体(Ar)使钢水环流约15分钟的沸腾(rimmed)处理，将钢水中的碳浓度[C]减低至30质量ppm以下，然后同样地一边将钢水进行环流，一边从料斗介由注入管将Al源以钢水中的Al浓度[Al]为0.02～0.04质量％的方式添加而脱氧，接着投入冷料来调整温度后，将真空脱气槽内的真空度控制在0.5～2torr(67～266Pa)的范围，实施了镇静处理。

予以说明，在上述RH处理中，将Al源添加到脱碳处理结束时溶解氧[O]在200～800质量ppm的范围中进行各种变化的钢水中。另外，对冷料投入量和冷料投入后的环流时间也进行了各种变化，进而，使冷料投入后的环流气体(Ar)的流量在500～3000L(标准状态)/min的范围变动。予以说明，在上述RH处理中，添加以CaO为主要成分的炉渣改性材料，使钢包内的炉渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系的组成，进而将炉渣中的(T.Fe)和(MnO)的总浓度调整至4质量％以下。

实施了上述的RH处理的钢在其后进行连续铸造而制成铸片，进行热轧、冷轧、成品退火而制成冷轧钢板(钢铁制品)，然后，调查了上述钢铁制品的洁净度。对于洁净度的调查而言，切取冷轧钢板的一部分，用光学显微镜或电子显微镜观察其板厚剖面，测定在1cm²的剖面内可确认出的100μm以上的尺寸的夹杂物产生个数，将其产生率为0.01个/cm²以下的情况评价为洁净度良好(○)，将超过0.01个/cm²的情况评价为洁净度不良(×)。

图2表示将镇静处理中的环流气体(Ar)的流量设为8L(标准状态)/min·t时，每1吨钢水的冷料投入量W和冷料投入后的钢水环流时间T给钢铁制品的洁净度带来的影响。由该图可知，冷料投入量W越少就能够在越短的环流时间T内改善洁净度，具体而言，如果将冷料投入后的环流时间T根据冷料投入量W以满足下述(4)式：

T(min)≥0.25W(kg/t)+2 (4)

的关系的方式设定的话，就能够获得洁净度优异的钢。

另外，图3表示在冷料投入量为4kg/t、冷料投入后的环流时间为6min时，镇静处理中的环流气体(Ar)的流量给钢铁制品中的夹杂物的产生率带来的影响。由该图可知，通过将环流气体(Ar)的流量设为4L(标准状态)/min·t以上，可将钢铁制品中的夹杂物的产生率减低至0.01个/cm²以下。

实施例2

为了调查冷料投入时期给钢铁制品的洁净度(夹杂物产生率)带来的影响，进行了如下实验：使用RH脱气装置，在以下的条件下对具有与实施例1相同的成分组成的转炉出钢得到的未脱氧的钢水进行RH处理。

在上述RH处理中，实施约15分钟的使上述钢水在未脱氧的状态下进行环流的沸腾处理，从而将钢水中的碳浓度[C]减低至30质量ppm以下，接着测定此时的钢水温度、钢水中的溶解氧[O]，并且由其后的RH处理时间和直到进行铸造为止的处理时间将冷料投入量确定为2～12kg/t，投入冷料后，以钢水中的Al浓度[Al]为0.02～0.04质量％的方式添加Al源而脱氧，进而，将脱气槽内的真空度控制在0.5～2torr(67～266Pa)的范围，将环流气体(Ar)的流量控制在8～12L(标准状态)/min·t的范围，按照图2所示的基准根据冷料添加量，使环流时间在1～6min的范围变化，实施了镇静处理。

另外，作为比较例，还进行了将冷料投入时期设为添加Al源后(脱氧后)，并且其它是在与上述相同的条件下实施RH处理的实验。

将这样获得的钢水进行连续铸造而制成铸片后，进行热轧、冷轧、成品退火而制成冷轧钢板(钢铁制品)后，与实施例1同样地测定上述钢铁制品中的洁净度(夹杂物的产生率)，将其结果示于图4。由该图可知，在Al源添加后(脱氧后)投入冷料的比较例中，夹杂物的产生率根据冷料投入后的环流时间的变化而发生较大变动；与此相对，在将冷料投入时期设为添加Al源之前(脱氧前)的本发明例中，即使使环流时间发生变动，也能够将夹杂物的产生率稳定地减低至0.01个/cm²以下。

实施例3

为了调查炉渣改性给钢铁制品的洁净度(夹杂物产生率)带来的效果，进行了如下实验：使用RH脱气装置，在以下的条件下对成分组成与实施例1相同的转炉出钢得到的未脱氧的钢水进行RH处理。

在上述RH处理中，实施约15分钟的使上述钢水在未脱氧的状态下进行环流的沸腾处理，从而将钢水中的碳浓度[C]减低至30质量ppm以下，将溶解氧[O]控制在100～300质量ppm的范围后，同样地一边将钢水进行环流，一边以钢水中的Al浓度[Al]为0.02～0.04质量％的方式添加Al源而脱氧，进而投入8kg/t冷料来调整温度后，将脱气槽内的真空度控制在0.5～2torr(67～266Pa)的范围，将环流气体(Ar)的流量控制在10L(标准状态)/min·t的范围，实施了6min镇静处理。

另外，在上述RH处理中，添加以CaO为主要成分的炉渣改性材料，使钢包内的炉渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系的组成，进而，将炉渣中的(T.Fe)和(MnO)的总浓度调整至4质量％以下。

予以说明，上述炉渣中的(T.Fe)+(MnO)的总浓度是如下控制的：由炉渣厚和平均的炉渣组成及比重计算出作为低级氧化物的(T.Fe)+(MnO)量，将还原它们所必需的当量份的Al和CaO作为炉渣改性剂从钢包上部投入，其中所述炉渣厚是在将铁制的棒从炉渣层的上部插入时，由棒前端的红热部的长度获得的。顺带而言，本实施例中的Al和CaO的添加量相对于钢水250t为Al：50～100kg(0.2～0.4kg/t)、CaO：25～50kg(0.1～0.2kg/t)。

另外，作为比较例，还进行了不进行上述炉渣改性，使炉渣组成为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-Fe_tO-MnO系，将炉渣中的(T.Fe)和(MnO)的总浓度调整至5～8质量％而实施RH处理的实验。

将这样获得的钢水进行连续铸造而制成铸片后，进行热轧、冷轧、成品退火而制成冷轧钢板(钢铁制品)后，与实施例1同样地测定上述钢铁制品中的洁净度(夹杂物的产生率)，将其结果示于表1。由该表可知，在不进行炉渣改性的情况下，夹杂物的产生率为0.005～0.007个/cm²，大幅变动，与此相对，在进行了添加Al+CaO的炉渣改性的本发明例的情况下，夹杂物的产生率为0.002个/cm²以下，稳定于低位。认为这是由于，通过进行了炉渣改性，防止了在Al脱氧中熔解在钢水中的[Al]的再氧化。

表1

产业上的可利用性

本发明的技术也可适用于进行VOD(vacuum oxygendecarburization，真空吹氧脱碳法)、ASEA-SKF(钢包炉真空脱气精炼法)等真空环流处理的钢水二次精炼。

Claims

1.一种高洁净度钢的熔炼方法，其为利用环流式真空脱气装置一边使钢包中的钢水进行环流一边进行脱碳处理、添加脱氧剂进行镇静处理的钢的熔炼方法，其特征在于，

以所述镇静处理中的环流气体流量为4L(标准状态)/min·t以上的方式一边使钢水进行环流一边投入冷料，调整钢水温度，并且设定所述冷料投入后的环流时间T使其与每1吨钢水的冷料添加量W的关系满足下述式：

T(min)≥0.25W(kg/t)+2。

2.根据权利要求1所述的高洁净度钢的熔炼方法，其特征在于，使所述钢包中的炉渣组成为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系，进而，将炉渣中的(T.Fe)和(MnO)的总浓度调整至4质量％以下。

3.一种高洁净度钢的熔炼方法，其为利用环流式真空脱气装置一边使钢包中的钢水进行环流一边进行脱碳处理、添加脱氧剂进行镇静处理的钢的熔炼方法，其特征在于，

在投入所述脱氧剂之前，投入由转炉吹炼结束时的钢水温度、钢水中的溶解氧、其后的RH处理时间以及直到进行铸造为止的处理时间所确定的量的冷料，来调整钢水温度。