CN103740883B

CN103740883B - 一种普碳钢的脱氧方法

Info

Publication number: CN103740883B
Application number: CN201310693354.4A
Authority: CN
Inventors: 干雄; 张龙超; 徐涛; 龚洪君; 喻林
Original assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: CN103740883A

Abstract

本发明公开了一种普碳钢的脱氧方法，所述脱氧方法通过先加入增碳剂再加入硅铁合金来脱氧，并针对转炉终点时氧活度较大的情况，在加入增碳剂之前先加入铝铁合金和硅铁合金进行预脱氧，铝铁合金与硅铁合金的重量比为1：3～4，转炉出钢结束后，再根据小平台氧活度补喂铝线，确保钢水的氧含量降至20ppm以下。根据本发明的脱氧方法，可使最终获得的钢水满足连铸工艺标准，降低生产成本，同时实现安全生产。

Description

一种普碳钢的脱氧方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢脱氧领域，尤其涉及一种普碳钢（例如，Q235B）的脱氧方法。

背景技术

钢中的氧会对钢的质量造成以下三个方面的危害：①钢液凝固时多余的氧与钢液中其他元素结合生成非金属夹杂，进而破坏钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性能，还会影响钢的导磁性能和焊接性能；②钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中氧会再次与钢液中的碳反应产生CO气体，使铸坯产生气孔，结构疏松；③氧能使S在钢中溶解度降低，加剧S的有害作用，使钢的热脆倾向更加严重。因此，所有钢种都必须经过脱氧，脱氧进行的好坏是决定钢质量的关键因素。

Q235B是一种常见的碳素结构钢，Q235B钢板有一定的伸长率、强度以及良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于制造机械零件。在转炉冶炼普碳钢Q235B时，通常采用硅钙钡合金进行脱氧，硅钙钡合金是钡系合金中的高效新型复合制剂，是炼钢中的脱氧剂和脱硫剂，同时还兼有脱磷的作用，也是炼钢铸造中的孕育剂和变质剂。但硅钙钡合金价格昂贵使产品的成本偏高，并且在冶炼过程中钢水的氧含量较高容易引起钢水大翻，给生产带来安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于采用增碳剂和硅铁合金替代硅钙钡合金，以降低冶炼普碳钢的脱氧成本，并解决了当转炉终点的氧活度较大时，加入增碳剂容易引起钢水大翻的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种普碳钢的脱氧方法，所述脱氧方法通过先加入增碳剂，再加入硅铁合金来脱氧。

根据本发明的实施例，所述增碳剂为碳粉，加入量为0.4～0.6kg/吨钢。

根据本发明的实施例，所述硅铁合金含有75wt%的硅和18wt%的铁，余量为不可避免的杂质。

根据本发明的实施例，所述硅铁合金的加入量为2.4～2.6kg/吨钢。

根据本发明的实施例，所述脱氧方法还包括，在加入增碳剂之前加入预脱氧材料。

根据本发明的实施例，所述预脱氧材料的加入量为1.4～1.6kg/吨钢。

根据本发明的实施例，所述预脱氧材料为铝铁合金和硅铁合金，重量比为1：3～4。

根据本发明的实施例，所述脱氧方法还包括，在加入硅铁合金之后喂入铝线。

根据本发明的实施例，所述铝线的米重为0.358kg/m，喂入量为0.5～1.5m/吨钢。

根据本发明的实施例，在送去浇铸前，可以将钢水最终的氧含量控制在20ppm以下。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的阐述，然而，下述实施例仅为示例性的说明，并不能够用来限制本发明。

根据本发明的普碳钢的脱氧方法，通过先加入增碳剂，再加入硅铁合金进行脱氧，转炉冶炼的其他操作可采用本领域公知的方法。下面以Q235B为示例来解释本发明的普碳钢脱氧方法。

由于Q235B是普碳钢中的低碳钢种，为了脱去更多的碳，在吹炼过程中钢水往往处于过吹状态，出钢时碳含量低而氧含量高，转炉终点钢水[C]（碳浓度）^*[O]（氧浓度）远未达到平衡，因此，加入硅铁合金之前先加入一定量的增碳剂可以使C与O反应，伴随生成的CO带走一部分氧，以减轻后续脱氧压力，节约硅铁合金的加入量，降低脱氧成本。但增碳剂若加入过少则达不到脱氧目的，加入过多则会引起钢水碳含量超出标准，优选地，本发明的增碳剂为碳粉，加入量为0.4～0.6kg/吨钢。

根据元素的化学性质，在温度为1600℃、钢水中的含量为0.1%时，下列各元素的脱氧能力由强到弱的排列顺序为：

Re-Zr-Ca-Al-Ti-B-Si-C-P-Nb-V-Mn-Cr-W、Fe、Mo-Co-Ni-Cu

其中，Mn、Si、Al、Ca是炼钢中常用的脱氧元素，它们在1600℃时的脱氧能力如表1所示：

表11600℃时各元素的脱氧能力

脱氧元素（含量为1%）	Mn	Ca	Si	Al
					钢液中的平衡w[O]/%	0.10	0.00015	0.017	0.0017

由表1可知，硅是炼钢最常用的脱氧元素，脱氧能力较强，与硅平衡的钢液中氧含量仅有0.017%。根据本发明的脱氧方法，以硅铁合金替代硅钙钡合金用作脱氧剂，选取冶金行业常用的硅铁合金，价格低廉，在保证取得良好脱氧效果的同时能有效降低脱氧成本。优选地，本发明采用的硅铁合金含有75wt%的硅、18wt%的铁，余量为不可避免的杂质。

在冶炼普碳钢Q235B时，需要加入硅锰合金进行合金化，以将钢水的元素含量调节至目标值。根据本发明的实施例，硅铁合金可以与硅锰合金一起投入到钢水中，使脱氧与合金化同时进行。由于锰的存在可以增强硅的脱氧能力，硅的存在亦能提升锰的合金化效果，如此两相促进，可以在不影响脱氧效果的条件下尽可能减少硅铁合金的使用量，降低成本。优选地，本发明的硅铁合金加入量为2.4～2.6kg/吨钢。

当转炉冶炼达到终点时，如果钢水的氧活度≥600ppm或者钢水的碳含量≤0.05wt%，则钢水处于富氧状态，富氧的钢水性质极为活跃，在从转炉出到钢包的过程中钢水剧烈翻腾，若在此时加入粉末状的增碳剂，反应过程中伴随C-O反应生成CO气体易引起钢水大翻，带来安全隐患。为了解决这一技术问题，本发明在加入增碳剂之前，先加入预脱氧材料，待钢水的氧含量有所下降后再加入增碳剂，可避免钢水发生大翻。

由表1可知，铝是很强的脱氧剂，脱氧能力优于硅而仅次于钙，利用铝的强脱氧性能可以排除钢中的CO气泡从而获得结构致密的钢坯。但铝的价格比较贵，考虑到成本因素，优选将铝铁合金与硅铁合金混合使用，既可以保证脱氧工艺操作安全，又能合理控制成本，因此，本发明的预脱氧材料优选为铝铁合金和硅铁合金，两者的重量比控制在1：3～4，本发明的预脱氧材料的加入量优选为1.4～1.6kg/吨钢。

当转炉冶炼达到终点时，如果钢水的氧活度≤600ppm或者钢水的碳含量≥0.05wt%，则钢水氧含量较低，出钢过程中钢包翻腾相对缓和，可以不加入预脱氧剂，仅在出钢时加入增碳剂，然后视钢包翻腾状况和增碳剂的熔化情况再陆续地加入硅铁合金、硅锰合金和造渣剂。

通常，钢水从转炉全部出到钢包以后，小平台要在全程吹氩的保护下进行定氧，只有氧含量≤20ppm的钢水才能送去浇铸。根据本发明，倘若钢水在转炉终点时处于富氧状态，在出钢时加入预脱氧剂、增碳剂和硅铁合金后仍可能不满足连铸工艺要求。如果测定小平台氧活度仍高于20ppm，则采取炉后喂铝线的方法进行终脱氧，本发明采用的铝线直径为13mm，铝线的米重为0.358kg/m，喂线量如表2所示。

表2炉后喂铝线的量与小平台氧活度的关系

Α_[O],ppm	≤20	20～30	30～40	40～50	＞50
						铝线，m/吨钢	不喂	0.5	0.75	1	1.5
铝线，kg/吨钢	不喂	0.179	0.269	0.358	0.537

需要注意的是，为了避免加入的物料在钢包底部沉积成团，在后续工序处理中突然上浮导致钢水大翻，本发明不在空钢包内加入任何物料，而设计在钢水出到1/5时加入增碳剂或者预脱氧材料，一方面可有效避免钢水发生大翻，另一方面也可利用出钢时的液体翻涌加快熔渣混合反应速度，使钢水中的杂质迅速进入顶渣中。

此外，本发明的造渣剂可采用活性石灰和萤石。在碱性渣下，硅的脱氧能力可以得到充分的发挥，这是因为硅的脱氧产物SiO₂可以与碱性渣中的CaO结合形成稳定的2CaO·SiO₂，从而显著降低了SiO₂的活度，使脱氧反应得以充分进行。优选地，根据本发明的造渣剂中，活性石灰与萤石的重量比可以为5：1。

此外，在转炉出钢过程中，可采用钢包底吹氩形成相对真空以脱气和保护钢水洁净，在出钢前将钢包底吹氩打开，喂完铝线后停止底吹氩，将钢包开去精炼。然而本发明并不限于此，可根据实际工况，如果出完钢后发现钢包还有翻腾现象时，小平台则需要适当增大吹氩强度，或者适当延长吹氩时间以使钢包内的成分均匀，然后再送去精炼。

下面结合具体示例对本发明的实施方式作进一步描述。

示例1：

转炉出钢时，钢水碳含量≤0.03wt%，氧活度980ppm。在出钢1/5时加入预脱氧材料1.5kg/吨钢进行预脱氧，该预脱氧材料为重量比1:3的铝铁合金和硅铁合金。随即加入碳粉0.5kg/吨钢进行脱氧，再加入硅铁合金2.5kg/吨钢和硅锰合金3.5kg/吨钢进行脱氧及合金化，最后加入4kg/吨钢的活性石灰和0.8kg/吨钢的萤石。出钢结束后，小平台氧活度为45ppm，炉后喂入铝线1m/吨钢，最终得到氧含量为16ppm的钢水。

示例2：

转炉出钢时，钢水碳含量0.04wt%～0.05wt%，氧活度644ppm。在出钢1/5时加入预脱氧材料1.5kg/吨钢进行预脱氧，该预脱氧材料为重量比1:3的铝铁合金和硅铁合金。随即加入碳粉0.5kg/吨钢进行脱氧，再加入硅铁合金2.5kg/吨钢和硅锰合金3.5kg/吨钢进行脱氧及合金化，最后加入3.5kg/吨钢的活性石灰和0.7kg/吨钢的萤石。出钢结束后，小平台氧活度为39ppm，炉后喂入铝线0.75m/吨钢，最终得到氧含量为14ppm的钢水。

示例3：

转炉出钢时，钢水碳含量0.06wt%～0.10wt%，氧活度362ppm。在出钢1/5时加入碳粉0.6kg/吨钢进行脱氧，随即加入硅铁合金2.5kg/吨钢和硅锰合金3.5kg/吨钢进行脱氧及合金化，最后加入3kg/吨钢的活性石灰和0.6kg/吨钢的萤石进行造渣，最终得到氧含量为17ppm的钢水。

示例4：

转炉出钢时，钢水碳含量≥0.11wt%，氧活度260ppm。在出钢1/5时加入碳粉0.6kg/吨钢进行脱氧，随即加入硅铁合金2.5kg/吨钢和硅锰合金3.5kg/吨钢进行脱氧及合金化，最后加入3kg/吨钢的活性石灰和0.6kg/吨钢的萤石进行造渣，最终得到氧含量为19ppm的钢水。

根据本发明的实施例，原脱氧剂硅钙钡合金价格为8286元/吨，现采用的脱氧剂硅铁合金价格为5861元/吨，硅钙钡合金的用量与硅铁合金的用量基本相当，吨钢消耗均为2.5kg/t，增碳剂价格为2238元/吨，吨钢消耗为0.5kg/t，铝铁合金价格为8316元/吨，吨钢消耗为0.1kg/t。

如果按照预脱氧材料中，铝铁合金与硅铁合金的重量比1：4计算，则吨钢节约成本为4.11元/吨。某钢厂可以应用此技术的钢种2013年的钢产量约为156万吨，则实施后产生的效益高达641.16万元。

综上所述，根据本发明的脱氧方法制备的钢水，氧含量符合后续连铸工艺标准，降低了脱氧成本，同时避免了钢包内发生钢水大翻的危险，消除了安全隐患，实现了经济效益和安全生产。

然而，本发明并不受限于上述实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims

1.一种普碳钢的脱氧方法，所述脱氧方法通过先加入增碳剂再加入硅铁合金来脱氧，其中，所述增碳剂为碳粉，加入量为0.4～0.6kg/吨钢，

当转炉冶炼达到终点时，如果钢水的氧活度≥600ppm或者钢水的碳含量≤0.05wt％，则所述脱氧方法还包括在加入增碳剂之前加入预脱氧材料，所述预脱氧材料为铝铁合金和硅铁合金，重量比为1：3～4，

当出钢完毕时，如果测定小平台氧活度≥20ppm，则所述脱氧方法还包括采取炉后喂铝线的方法进行终脱氧。

2.如权利要求1所述的脱氧方法，其中，所述硅铁合金含有75wt％的硅和18wt％的铁，余量为不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的脱氧方法，其中，所述硅铁合金的加入量为2.4～2.6kg/吨钢。

4.如权利要求1所述的脱氧方法，其中，所述预脱氧材料的加入量为1.4～1.6kg/吨钢。

5.如权利要求1所述的脱氧方法，其中，所述铝线的米重为0.358kg/m，喂入量为0.5～1.5m/吨钢。

6.如权利要求1所述的脱氧方法，其中，在送去浇铸前，将钢水最终的氧含量控制在20ppm以下。