CN103468866A - 一种中高碳钢水的精炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中高碳钢水的精炼工艺，该工艺包括：在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%；以及在对钢水循环真空脱气处理的过程中，将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧，然后对钢水进行合金化，使得钢水的氧含量、碳含量和合金含量均达到目标值。该方法能够降低钢渣的粘度，能够避免或减少Al₂O₃的产生以提高钢水洁净度，能够提高合金元素的收得率并减少钢水中的金属氧化物夹杂物，并且/或者能够降低处理成本。

Description

一种中高碳钢水的精炼工艺

技术领域

本发明涉及钢的冶炼，尤其涉及一种中高碳钢水的精炼工艺。

背景技术

通常采用镇静钢处理工艺冶炼诸如钢轨钢的中高碳钢，具体地讲，在转炉出钢过程中增碳、脱氧、合金化，然后再真空处理，脱气、去除部分夹杂物、微调合金。在镇静钢处理工艺中采用铝质脱氧剂对钢水进行脱氧，脱氧产物是Al₂O₃。例如，在转炉出钢过程中向钢水加入铝合金对钢水进行部分脱氧，在LF工位可能加入铝丸或铝线，然后在钢水进入RH循环真空脱气设备之后还要加入一定数量的铝丸对钢水终脱氧。

采用铝质脱氧剂对钢水脱氧导致钢渣中Al₂O₃含量的增加，炉渣粘度增加，使炉渣粘在RH循环真空脱气设备的插入管上难以清理，严重影响了RH循环真空脱气设备的作业率。

此外，脱氧产物Al₂O₃容易夹杂在钢水中，降低了钢的质量。

另外，在RH循环真空脱气之前对钢水进行脱氧和合金化，合金化与脱氧可能同时进行，使得合金的一部分被氧化成氧化物，从而降低了合金的收得率。此外，在诸如RH循环真空脱气的后续处理中被排除的氧化物夹杂物的量有限，这降低了钢的质量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种中高碳钢水的精炼工艺。

本发明的另一目的是提供一种能够降低钢渣的粘度的中高碳钢水的精炼工艺。

本发明的又一目的是提供一种能够避免或减少Al₂O₃的产生以提高钢水洁净度的中高碳钢水的精炼工艺。

本发明的再一目的是提供一种能够提高合金元素的收得率并减少钢水中的金属氧化物夹杂物的中高碳钢水的精炼工艺。

本发明的再一目的是提供一种能够降低处理成本的中高碳钢水的精炼工艺。

根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺包括：在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%；以及在对钢水循环真空脱气处理的过程中，将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧，然后对钢水进行合金化，使得钢水的氧含量、碳含量和合金含量均达到目标值。

第一批增碳剂可以是炭粒和沥青焦中的至少一种，第二批增碳剂可以是炭粒和沥青焦中的至少一种。

在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，可按照1kg/t_钢～2.5kg/t_钢的量将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%。

该中高碳钢水的精炼工艺还可包括：在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，将用于调整Mn含量的合金加入钢水，使得钢水中的Mn含量达到目标值的中限。

该中高碳钢水的精炼工艺还可包括：在将第一批增碳剂加入钢水与对钢水循环真空脱气处理之间，在钢包精炼炉中精炼钢水。

在钢包精炼炉中精炼钢水之后的钢水出站温度可为1540℃～1575℃。

在对钢水循环真空脱气处理的过程中，循环真空脱气处理的真空度可大于3毫巴，处理时间可为30分钟～35分钟，循环真空脱气处理之后的钢水出站温度可为1515℃～1535℃。

在对钢水循环真空脱气处理的过程中，可以考虑到脱氧所需的用量和钢水的目标碳含量将预定量的第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧。

在对钢水循环真空脱气处理的过程中，可按照4kg/t_钢～5kg/t_钢的量将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧。

可在对钢水循环真空脱气处理的后期对钢水进行合金化。

具体实施方式

根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺包括下述步骤：在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%；以及在对钢水循环真空脱气处理（RH处理）的过程中，将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧，然后对钢水进行合金化，使得钢水的氧含量、碳含量和合金含量均达到目标值。在本说明书中，提及的百分含量可以指质量百分含量。

第一批增碳剂和第二批增碳剂可以是炭粒和沥青焦中的至少一种。第一批增碳剂与第二批增碳剂可以相同或者不同。

根据本发明的精炼工艺适用于中高碳钢的冶炼，例如适用于质量要求较高的钢轨钢、轴承钢的冶炼。如本领域技术人员所理解的，中碳钢的碳含量可为0.25%以上且小于0.6%，高碳钢的碳含量可在0.6%以上。

在本领域中通常采用增碳法炼钢。具体地讲，不管将要制造的钢的成分如何，都在转炉中利用转炉吹氧脱碳的功能将碳含量降低到0.05%～0.1%，以便于有足够的反应时间将杂质去除，然后在后面的工序中（例如，转炉出钢到钢包的过程中），增加钢水的碳含量。在根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺中，在钢水从转炉出钢到钢包的过程中将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%。

在根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺中，在对钢水RH处理的过程中将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧，以使得钢水的氧含量达到中高碳钢的目标值。也就是说，主要在RH处理过程中对钢水进行脱氧，如后文更详细地描述的。如果仅在后续的RH处理过程中加入所需的增碳剂，则相对大量的增碳剂的加入可能使钢水的温降过多而不利于后续的连铸，因此可能需要在RH处理过程中对钢水补热，这延长了RH处理的时间。因此，为了防止RH处理过程中钢水的温降过多或缩短RH处理的时间，在钢水从转炉出钢到钢包的过程中将第一批增碳剂加入钢水，以适当地调高钢水的碳含量，例如使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%。在加入第一批增碳剂之后，还可以在LF炉（钢包精炼炉）中加热钢水，以补偿温降，如后文所述。

如果加入第一批增碳剂之后钢水的碳含量小于0.20%，则防止RH处理过程中钢水的温降过多或缩短RH处理的时间的效果不明显。如果加入第一批增碳剂之后钢水的碳含量大于0.30%，则可能在出钢过程中碳氧反应过于激烈导致钢水喷溅，并且相对高的碳含量使得后续精确地调整碳含量的难度增大。

在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，可以按照1kg/t_钢～2.5kg/t_钢的量将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%。如果第一批增碳剂的加入量小于1kg/t_钢，则钢水的碳含量可能小于0.20%；如果第一批增碳剂的加入量大于2.5kg/t_钢，则钢水的碳含量可能大于0.30%。

在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，还可以将用于调整Mn含量的合金（例如，锰铁）加入钢水，使得钢水中的Mn含量达到目标值的中限。更具体地讲，在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，可以将用于调整Mn含量的合金和第一批增碳剂一起加入钢水，使得钢水中的Mn含量达到目标值的中限。目标值的中限可以是目标值的40%～60%，更具体地45%～55%，最具体地50%。

这里所述的“目标值”可以是冶炼完成的钢水的最终组成，例如，RH处理之后、连铸之前的钢水的组成。

如果仅在后续的RH处理过程中加入所需的用于调整Mn含量的合金（例如，锰铁），则相对大量的合金的加入可能使钢水的温降过多而不利于后续的连铸，因此可能需要在RH处理过程中对钢水补热，这延长了RH处理的时间。因此，为了防止RH处理过程中钢水的温降过多或缩短RH处理的时间，可在钢水从转炉出钢到钢包的过程中将一部分用于调整Mn含量的合金加入钢水，以适当地调高钢水的Mn含量。此外，Mn是一种弱氧化元素，在可选择的LF炉工序以及后续的RH处理中被氧化的量少，因此可以在转炉出钢过程中加入用于调整Mn含量的合金。即使一部分Mn被氧化，其也可以在后续RH处理时被还原。

出钢结束之后，还可以在LF炉中精炼钢水。具体地讲，将钢包移至精炼工位，加入合成渣料，降下石墨电极插入熔渣中对钢水进行埋弧加热，补偿精炼过程中的温降，同时进行底吹氩搅拌。可以利用LF炉精炼实现钢水加热、脱硫、减少夹杂物等效果中的至少一个。钢水经过LF炉精炼后的出站温度可为1540℃～1575℃甚至更高，例如大约1600℃。

在根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺中，LF炉精炼不是必需的。也就是说，出钢结束之后，可以对钢水进行RH处理，而不经过LF炉精炼。

在出钢结束之后或者在LF炉精炼（如果进行了LF炉精炼）之后，对钢水进行RH处理。RH处理的真空度可大于3毫巴，处理时间可为30分钟～35分钟，RH处理之后的钢水出站温度可为1515℃～1535℃（例如1520℃、1530℃等）。

在对钢水RH处理的过程中（优选地，在对钢水RH处理的前期），将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧，然后对钢水进行合金化，使得钢水的氧含量、碳含量和合金含量均达到目标值。

在对钢水RH处理的过程中，第二批增碳剂的一部分（或者包括第一批增碳剂和第二批增碳剂的全部增碳剂的一部分）用于脱除钢水中的氧。具体地讲，真空下的碳氧反应为【C】+【O】→CO↑，则【C】%·【O】%=ppCO/K=mppCO，平衡常数K为温度的函数，在1600℃和ppCO=1大气压时，【C】%·【O】%的值为0.0020～0.0025，因此真空下碳的脱氧能力很强，可超过脱氧元素硅、锰和铝。反应产物CO是气态而不是呈夹杂物形态，在真空下极易排除。在根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺，主要在RH处理过程中通过上述方式对钢水进行脱氧，即，通过钢水RH处理的过程中加入的第二批增碳剂将钢水中的大部分氧脱除。此外，出钢过程中加入的第一批增碳剂的至少一部分在真空下也起到脱氧的作用。

第二批增碳剂（或者上述全部增碳剂）的另一部分（例如，剩余部分）作为钢水所要求的成分留在钢水中。

这里，可以考虑到脱氧所需的用量和钢水的目标碳含量将预定量的第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧。在一个实施例中，可以按照4kg/t_钢～5kg/t_钢的量将第二批增碳剂加入钢水。如果第二批增碳剂的加入量小于4kg/t_钢，则可能脱氧不足和/或不能达到目标碳含量；如果第二批增碳剂的加入量大于5kg/t钢，则钢水的最终碳含量可能高于目标碳含量。

在RH处理过程中，可以搅拌钢水来促进真空下的碳氧反应。

在一个具体的实施例中，在对钢水RH处理的过程中，可以用旋转给料器将第二批增碳剂均衡地加入到钢水中，利用真空下的碳氧反应脱氧（RH真空槽的真空度可以控制在大于3毫巴），增碳剂的一部分以CO的形式通过真空管道抽走，增碳剂的另一部分作为钢水所要求的成分留在钢水中。

在将第二批增碳剂加入钢水之后过去预定时间时（例如，在RH处理的后期），对钢水进行合金化。可以通过将用于调整合金元素的含量的合金加入钢水进行合金化。用于调整合金元素的含量的合金包括用于调整Mn含量的合金（例如，锰铁）、用于调整Si含量的合金（例如，硅铁）以及根据钢水的目标成分可选择的其他合金或金属。

在将第二批增碳剂加入钢水之后过去预定时间时，钢水的脱氧反应可以已经充分地进行，此时进行合金化可以避免相当量的合金元素被氧化，以确保合金的收得率并减少钢水中的金属氧化物夹杂物。

此外，在对钢水RH处理的过程中，可以实现脱气（H）、脱硫、脱磷、升温、均匀钢水温度、均匀钢水成分和去除夹杂物等通常可实现的效果中的至少一个。

因此，RH处理结束时，钢水的氧含量、碳含量和合金含量均可达到目标值。然后，可以对钢水进行后续处理，例如铸造、轧制、热处理等。

根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺，不采用铝质脱氧剂或基本上不采用铝质脱氧剂对钢水进行脱氧，因此不会产生或基本上不会产生诸如Al₂O₃的固体脱氧产物，所以炉渣粘度不会增加，从而避免了炉渣粘在RH处理设备的插入管上，进而保证了RH处理设备的作业率。

根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺，不采用铝质脱氧剂或基本上不采用铝质脱氧剂对钢水进行脱氧，因此不会产生或基本上不会产生诸如Al₂O₃的固体脱氧产物，因此提高了钢水洁净度。

根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺，合金化主要在充分脱氧之后进行或基本上在充分脱氧之后进行，因此可以避免相当量的合金元素被氧化，以确保合金的收得率。此外，合金元素被避免氧化成氧化物或者合金元素的氧化被最少化，即，减少了钢水中的金属氧化物夹杂物，从而提高了钢水洁净度。

根据本发明的中高碳钢水的精炼工艺，采用或者基本上采用真空下的碳氧反应来脱除钢水中的氧，而不使用铝质脱氧剂或基本上不使用铝质脱氧剂，因此降低了钢的生产成本。

采用本发明的中高碳钢水的精炼工艺冶炼诸如重轨钢的钢轨钢之后，可以使钢轨钢的品质大幅提高，例如使钢轨钢的耐磨次数比传统上高60%以上。另外，据测算，采用本发明的中高碳钢水的精炼工艺冶炼诸如重轨钢的钢轨钢之后，吨钢成本可降低16.95元/吨。

Claims (10)

1.一种中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于包括：

在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%；以及

在对钢水循环真空脱气处理的过程中，将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧，然后对钢水进行合金化，使得钢水的氧含量、碳含量和合金含量均达到目标值。

2.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于第一批增碳剂是炭粒和沥青焦中的至少一种，第二批增碳剂是炭粒和沥青焦中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，按照1kg/t_钢～2.5kg/t_钢的量将第一批增碳剂加入钢水，使得钢水的碳含量为0.20%～0.30%。

4.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于所述中高碳钢水的精炼工艺还包括：在钢水从转炉出钢到钢包的过程中，将用于调整Mn含量的合金加入钢水，使得钢水中的Mn含量达到目标值的中限。

5.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于所述中高碳钢水的精炼工艺还包括：在将第一批增碳剂加入钢水与对钢水循环真空脱气处理之间，在钢包精炼炉中精炼钢水。

6.根据权利要求5所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于在钢包精炼炉中精炼钢水之后的钢水出站温度为1540℃～1575℃。

7.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于在对钢水循环真空脱气处理的过程中，循环真空脱气处理的真空度大于3毫巴，处理时间为30分钟～35分钟，循环真空脱气处理之后的钢水出站温度为1515℃～1535℃。

8.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于在对钢水循环真空脱气处理的过程中，考虑到脱氧所需的用量和钢水的目标碳含量将预定量的第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧。

9.根据权利要求8所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于在对钢水循环真空脱气处理的过程中，按照4kg/t_钢～5kg/t_钢的量将第二批增碳剂加入钢水以进行脱氧。

10.根据权利要求1所述的中高碳钢水的精炼工艺，其特征在于在对钢水循环真空脱气处理的后期，对钢水进行合金化。