CN104073599A

CN104073599A - 低碳钢深脱碳的方法及利用该方法制备的钢

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Publication number: CN104073599A
Application number: CN201410346120.7A
Authority: CN
Inventors: 田光林; 卿家胜; 张彦恒; 邓林
Original assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明公开了一种低碳钢深脱碳的方法及利用该方法制备的钢。所述低碳钢深脱碳的方法包括：在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量低于0.040wt％、氧含量超过350ppm时，将钢水自然脱碳20min～23min；在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量不低于0.040wt％、氧含量不超过350ppm时，首先对钢水进行顶枪吹氧强制脱碳，然后将钢水自然脱碳15min～17min。根据本发明的示例性实施例的低碳钢深脱碳方法，针对RH进站钢水碳含量、氧含量的不同而采取不同的措施，不但优化了深脱碳工艺，提高了脱碳效果，而且不会造成脱氧负担的增加，克服了因后续工艺步骤中存在的增碳问题而导致的产品碳含量超出标准。并且，利用该方法制备的钢含碳量符合标准，质量优良。

Description

低碳钢深脱碳的方法及利用该方法制备的钢

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，尤其涉及一种低碳钢深脱碳的方法及利用该方法制备的钢。

背景技术

RH真空精炼主要用于钢水的脱碳、真空脱氧、脱氢和脱氮，以进一步实现对钢水成分和温度的精确调整。根据钢种的不同，常见的RH处理模式分为轻处理(LT)、深脱碳处理(DC)以及本处理(DH)。其中，深脱碳处理主要针对低碳钢、超低碳钢或IF钢。

在冶炼低碳钢时，为了有效避免转炉深吹氧对炉体造成的伤害，需要采用合理的终点碳氧控制制度，即，不能将碳含量吹炼得过低，因此转炉操作控制时常会出现碳高氧低的炉次，这就有待在后续的RH真空精炼过程中进行深脱碳处理。

然而，RH真空精炼虽然具备深脱碳功能，但脱碳效果并不理想，由于后续工序中带来的增碳问题，常使RH出站时碳含量合格的钢水在加工成成品之后其成分高于钢种的成分含量标准，影响钢材的性能。

发明内容

本发明的目的在于，从RH真空精炼工序入手，改善低碳钢深脱碳的工艺控制方法，使得在无需改变转炉冶炼脱碳条件的前提下，解决冶炼低碳钢时深脱碳效果不佳的问题。

本发明的一方面，提供一种低碳钢深脱碳的方法，所述方法包括：在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量低于0.040wt％、氧含量超过350ppm时，将钢水自然脱碳20min～23min；在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量不低于0.040wt％、氧含量不超过350ppm时，首先对钢水进行顶枪吹氧强制脱碳，然后将钢水自然脱碳15min～17min。

根据本发明的示例性实施例，在顶枪吹氧强制脱碳时，可以控制真空压力在50mbar～200mbar，顶枪高度在405mm～475mm。

根据本发明的示例性实施例，在RH真空精炼步骤中，进站钢水温度可以控制在1600℃～1635℃。

根据本发明的示例性实施例，在自然脱碳结束之后，钢水的温度可以为1580℃～1600℃，氧活度可以为100ppm～350ppm。

根据本发明的示例性实施例，在自然脱碳结束之后，还可以向钢水中加入铝质脱氧剂进行脱氧。

根据本发明的示例性实施例，所述铝质脱氧剂的加入量可以为0.15kg/吨钢～0.70kg/吨钢。

根据本发明的示例性实施例，在脱氧结束之后，可以向钢水中加入硅铁和金属锰进行合金化。

根据本发明的示例性实施例，所述金属锰可以为含碳量不超过0.05wt％的锰合金，加入量为0.30kg/吨钢～1.00kg/吨钢。

根据本发明的示例性实施例，还可以在RH真空精炼出站后，向钢水中加入0.40kg/吨钢～1.00kg/吨钢的高铝调渣剂。

本发明的另一方面，提供一种钢，所述钢利用根据本发明的示例性实施例的低碳钢深脱碳的方法来制备，所述钢的化学成分包括：不超过0.003wt％的C、0.900wt％～1.050wt％的Si、0.200wt％～0.350wt％的Mn、0.200wt％～0.300wt％的Als、不超过0.025wt％的P以及不超过0.010wt％的S，余量为Fe和不可避免的杂质。

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，下述实施例仅起到示例性的说明作用，并不能够用来限制本发明。需要注意的是，在下文中除非特别指明，所涉及的百分比均为重量百分比。

在冶炼低碳钢时，转炉终点常采用高碳低氧出钢，这种终点制度既可以避免深吹氧对炉体造成伤害，又可以防止在出钢过程中炉渣大量氧化而增加炉渣改质处理的负担，使深脱碳的任务转移到了RH真空精炼步骤。

RH真空深脱碳的原理是利用气泡泵使钢水在真空室和钢包之间不断地循环流动，依靠钢水中的碳和氧反应生成气体被脱除来实现脱碳。该过程的化学反应方程式为：[C]+[O]→[CO]。

在真空条件下，上述脱碳反应的化学反应速率和化学平衡常数均取决于钢水中[C]和[O]的含量比值，如果在转炉出钢时钢水的碳含量较低，则在RH真空处理的过程中，采用自然脱碳(缩写为VCD)方法，根据上述反应在深脱碳结束时钢水中的氧可以将碳的含量脱除到与冶炼低碳钢种的成分含量标准相符合。现有技术的自然脱碳时间往往过短，使得钢水在RH出站时的碳含量虽然符合要求，但由后续工艺操作带来的增碳，诸如合金增碳或浇注时覆盖剂增碳等问题，导致了最终产品的碳含量仍高于标准。本发明的低碳钢深脱碳方法针对不同的RH进站钢水碳含量采取不同的深脱碳策略，使得RH出站时钢水的碳含量控制在合理范围。

根据本发明的示例性实施例，在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量低于0.040wt％、氧含量超过350ppm时采取自然脱碳，并将钢水进行自然脱碳(VCD)的循环时间延长到20min～23min。现有技术的VCD循环时间通常为15min～18min，VCD循环后的碳含量在30ppm～45ppm，采取本发明的上述措施后，可以保证钢水中的碳和氧的化学反应充分进行，深脱碳效果得以改善，使VCD循环后的碳含量控制在低于25ppm，增强了钢水在出站后抵抗后续工艺带来的增碳压力的能力。

然而，对于进站钢水碳含量较高的炉次，仅利用自然脱碳方法不足以使钢水中的碳含量降低至期望的值。针对这种情况，本发明采取顶枪吹氧强制脱碳与VCD循环脱碳相结合的策略。根据本发明的示例性实施例，在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量不低于0.040wt％、氧含量不超过350ppm时，可以在采取VCD循环之前先通过顶枪吹氧对钢水进行强制脱碳，然后再将钢水自然脱碳15min～17min。

根据本发明的示例性实施例，在顶枪吹氧强制脱碳时，可以控制真空压力在50mbar～200mbar，顶枪高度可以在405mm～475mm。如上所述，钢水中的氧浓度是脱碳反应的重要影响因素，氧的吹入增加了钢水中的氧浓度以使脱碳反应朝有利于生成CO的方向进行。

根据本发明的示例性实施例，RH真空精炼步骤的进站钢水温度可以控制在1600℃～1635℃。通常地，RH脱碳时间指的是从环流开始到RH脱碳结束这段时间，RH处理时间指的是从开始抽气到破空为止的时间。有多种因素会影响处理时间，诸如强制脱碳、自然脱碳和再加热的速度等，处理时间还取决于碳的脱除量和温度的调整。若钢水温度过低，则需加热(诸如铝热法)从而使处理时间延长。因此，必须对进站钢水的温度进行控制，以减少处理时间并与连铸步骤实现良好的衔接过渡。

根据本发明的示例性实施例，在自然脱碳结束之后，钢水的温度可以为1580℃～1600℃，氧活度可以为100ppm～350ppm。之所以将自然脱碳之后的钢水温度控制在1580℃～1600℃的范围内，是因为此温度是在中包浇钢温度要求(1545℃～1565℃)的基础上，再加30℃过热度以及RH循环过程的温降而设定的值。在自然脱碳之后，一方面，如果钢水的温度过高，则造成中包温度较高，导致以下不利影响：①强氧化性元素在浇注过程中容易烧损使钢水成分不合格；②如果钢水温度过高而连铸机的水冷强度不变则会影响铸坯凝固；③如果钢水温度过高还会加剧对中包耐材的侵蚀，使钢水的夹杂增加。另一方面，如果钢水温度过低，则在浇注过程中铸坯凝固较快，此时若不提高拉速则易堵住水口，若提高拉速又易造成漏钢。因此，自然脱碳结束之后，钢水的温度不能过高也不能过低，本发明的示例性实施例将自然脱碳结束之后的钢水温度控制在1580℃～1600℃。

在自然脱碳之后，如果氧活度高于100ppm～350ppm的控制范围，则脱氧用铝量会增大，使生产成本增加。因为脱氧过程是放热过程，如果氧活度高于本发明的控制范围，则脱氧产生的热量会造成钢水温度升高，不利于成分控制和浇注顺行。如果氧活度低于本发明的控制范围，则脱氧过程产生热量不足以补偿脱碳过程造成的温度损失，造成钢水温度过低。

根据本发明的示例性实施例，在自然脱碳结束后，可以向钢水中加入铝质脱氧剂进行脱氧。所加入的铝质脱氧剂需要根据钢中氧活度按照铝与氧的化学反应方程式计算，也可以按照经验公式计算，即：铝质脱氧剂的加入量约为氧活度ppm值的0.4倍。如果铝质脱氧剂加入不足，则会造成钢中的氧未完全脱除，影响合金收得率进而导致成分含量低，产品不合格；如果铝质脱氧剂加入过量，则会影响后续工艺向钢水配加的Als铝粒的加入量，造成钢中Als过高。因此，根据本发明的示例性实施例的铝质脱氧剂的优选加入量为0.15kg/吨钢～0.70kg/吨钢。

根据本发明的示例性实施例，在脱氧结束后可以向钢水中加入硅铁和金属锰进行合金化。本发明的金属锰为含碳量≤0.05wt％的锰合金，其作用是减少中碳锰铁合金或高碳锰铁合金带来的大量增碳。前工序控制钢种的锰含量在0.150wt％～0.200wt％，RH工序的锰含量按照0.230wt％控制，金属锰的加入量为0.30kg/吨钢～1.00kg/吨钢。因为本发明的钢种要回收锰，所以渣中的锰会进入钢中，如果金属锰的加入量过大，则会造成锰含量超标使钢材的强度非期望地增加；如果金属锰的加入量不足，则会造成锰含量低于所要求的范围造成钢材的强度不足。

根据本发明的示例性实施例，在RH真空精炼出站后，向钢水中加入高铝调渣剂。高铝调渣剂的作用是脱除渣中的氧，对炉渣进行改质。示例性实施例的高铝调渣剂的加入量为0.40kg/吨钢～1.00kg/吨钢，如果高铝调渣剂的加入量过少，则造成钢渣中的氧未脱除完全，不利于夹杂物的吸附并造成钢中易氧化元素烧损。由于高铝调渣剂成本较高，如果加入量过大则会导致成本增加，不利于达到工业生产的降本增效目的。

此外，利用上述工艺可以获得根据本发明的示例性实施例的低碳钢深脱碳的方法制备的钢，所述钢的化学成分按照重量百分比计可以包括：不超过0.003％的C、0.900％～1.050％的Si、0.200％～0.350％的Mn、0.200％～0.300％的Als、不超过0.025％的P以及不超过0.010％的S，余量为Fe和不可避免的杂质。根据本发明的示例性实施例的钢的碳含量符合低碳钢种成分标准，钢材质量优良，同时成本低廉，具有良好的经济效益。

下面，将通过具体示例进一步阐述本发明。在下文中，示例和对比例所涉及的钢种均为50PRW800型电工钢。

示例1

RH进站钢水含有0.0368％的碳、0.1835％的锰、0.0074％的磷、0.0044％的硫、硅元素及Als(全铝)微量，进站钢水的氧含量415ppm，钢水的重量197t，进站温度1610℃。

将钢水液压顶升到2427mm高度进行RH循环处理，由于此炉钢水的进站氧活度较高，因此不采用强制脱碳模式，真空度≤3mbar的VCD循环时间控制在23min，使得C-O反应时间延长。VCD循环结束后，执行测温定氧操作测得温度1586℃、氧活度264ppm。取样分析测得碳含量0.0017％、锰含量0.1800％、磷含量0.0059％、硫含量0.0041％。

向钢水中加入脱氧用铝粒106kg及合金化铝粒584kg，循环3min后再加入低碳硅铁2850kg、金属锰90kg进行合金化。加完合金后循环7min测得出站钢水包括0.0018％的碳、0.9690％的硅、0.2200％的锰、0.0083％的磷、0.0045％的硫以及0.2890％的Als，出站后再加入高铝调渣剂100kg。

最终获得的成品钢碳含量0.0030％、硅含量0.9100％、锰含量0.2700％、磷含量0.0110％、硫含量0.0040％、Als含量0.2500％。

示例2

RH进站钢水含有0.0465％的C、0.22％的锰、0.0078％的磷、0.0047％的硫、硅元素及Als(全铝)微量，进站钢水的氧含量292ppm，重量218t，钢水的进站温度为1613℃。

将钢水液压顶升到2356mm高度进行RH循环处理，由于此炉钢水的进站[C]≥0.040％、[O]≤350ppm，因此先采取顶枪吹氧强制脱碳模式，将压力控制在100mbar，顶枪枪位450mm，脱碳量选择0.02％，强制脱氧1分3秒后取消压力使真空度≤3mbar。

再执行自然脱碳，VCD循环时间17min后测温定氧操作测得温度1572℃、氧活度346ppm，取样分析测得钢水的碳含量0.0017％、锰含量0.1700％、磷含量0.0060％、硫含量0.0045％，加入脱氧用铝粒140kg及合金化铝粒650kg，循环3min后加入低碳硅铁3110kg、金属锰131kg进行合金化。

加完合金后循环7min取样，测得出站钢水包括：0.0013％的碳、1.038％的硅、0.2420％的锰、0.0070％的磷、0.0050％的硫以及0.2800％的Als，出站后再加入高铝调渣剂100kg。

最终获得的成品钢碳含量0.0027％、硅含量1.010％、锰含量0.300％、磷含量0.010％、硫含量0.005％、Als含量0.240％。

对比例1

RH进站钢水含有0.0362％的碳、0.21％的锰、0.0086％的磷、0.0051％的硫、硅元素及Als(全铝)微量，进站钢水的氧含量395ppm，钢水的重量208t，进站温度1615℃。

将钢水液压顶升到2415mm高度进行RH循环处理，由于此炉钢水的进站氧活度较高，采取自然脱碳，VCD循环时间控制在17min。VCD循环结束之后，执行测温定氧操作测得温度1592℃，氧活度124ppm。取样分析测得碳含量0.0031％、锰含量0.2000％、磷含量0.0090％、硫含量0.0050％。

向钢水中加入脱氧用铝粒50kg及合金化铝粒620kg，循环3min后再加入低碳硅铁3424kg、金属锰70kg进行合金化。加完合金后循环7min测得出站钢水包括0.0037％的碳、1.0200％的硅、0.2400％的锰、0.0091％的磷、0.0050％的硫以及0.2760％的Als，出站后再加入高铝调渣剂100kg。

最终获得的成品钢碳含量0.0039％、硅含量1.0100％、锰含量0.2600％、磷含量0.0095％、硫含量0.0050％、Als含量0.2400％。

对比例2

RH进站钢水含有0.0446％的C、0.20％的锰、0.0066％的磷、0.0041％的硫、硅元素及Als(全铝)微量，进站钢水的氧含量328ppm，重量223t，钢水的进站温度为1620℃。

将钢水液压顶升到2347mm高度进行RH循环处理，对此炉钢水执行自然脱碳，VCD循环时间18min后，执行测温定氧操作测得温度1587℃、氧活度176ppm。取样分析测得钢水的碳含量0.0034％、锰含量0.1900％、磷含量0.0065％、硫含量0.0041％。加入脱氧用铝粒72kg及合金化铝粒670kg，循环3min后加入低碳硅铁3286kg、金属锰98kg进行合金化。

加完合金后循环7min取样，测得出站钢水包括0.0041％的碳、1.011％的硅、0.2370％的锰、0.0067％的磷、0.0040％的硫以及0.2900％的Als，出站后再加入高铝调渣剂100kg。

最终获得的成品钢碳含量0.0045％、硅含量0.990％、锰含量0.260％、磷含量0.007％、硫含量0.004％、Als含量0.260％。

综上所述，根据本发明的低碳钢深脱碳方法，针对RH进站钢水碳含量与氧含量的不同采取不同的深脱碳措施，使得最终成品钢的碳含量均控制在不超过0.0030％。本发明不但优化了深脱碳工艺，提高了深脱碳效果，而且不会造成脱氧负担的增加，使钢水抵抗增碳的能力得到加强，克服了因后续工艺步骤中存在的增碳问题而导致的产品碳含量超出标准。

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

1.一种低碳钢深脱碳的方法，所述方法包括：

在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量低于0.040wt％、氧含量超过350ppm时，将钢水自然脱碳20min～23min；

在RH真空精炼步骤中，当进站钢水的碳含量不低于0.040wt％、氧含量不超过350ppm时，首先对钢水进行顶枪吹氧强制脱碳，然后将钢水自然脱碳15min～17min。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在顶枪吹氧强制脱碳时，控制真空压力在50mbar～200mbar，顶枪高度在405mm～475mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在RH真空精炼步骤中，进站钢水温度控制在1600℃～1635℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在自然脱碳结束之后，钢水的温度为1580℃～1600℃，氧活度为100ppm～350ppm。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在自然脱碳结束之后向钢水中加入铝质脱氧剂进行脱氧。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，铝质脱氧剂的加入量为0.15kg/吨钢～0.70kg/吨钢。

7.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：在脱氧结束之后向钢水中加入硅铁和金属锰进行合金化。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，金属锰为含碳量不超过0.05wt％的锰合金，加入量为0.30kg/吨钢～1.00kg/吨钢。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在RH真空精炼出站后向钢水中加入0.40kg/吨钢～1.00kg/吨钢的高铝调渣剂。

10.一种根据权利要求1所述的方法制备的钢，其特征在于，所述钢的化学成分包括：不超过0.003wt％的C、0.900wt％～1.050wt％的Si、0.200wt％～0.350wt％的Mn、0.200wt％～0.300wt％的Als、不超过0.025wt％的P以及不超过0.010wt％的S，余量为Fe和不可避免的杂质。