CN106566913A - 一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法 - Google Patents

一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法 Download PDF

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江成斌
赵肃武
顾家强
徐忠
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
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Abstract

本发明提供了一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法，其包括如下步骤：将原料进行电炉冶炼，控制熔氧期步骤中在Si含量达到0～0.50％、P含量达到0～0.005％后进行完全扒渣；扒渣完毕后，采用偏心底出钢方式出钢，按照3.0～4.5kg/t的用量将铝锭随钢流加入钢包内；进行LF冶炼，LF冶炼过程中，采用CaO+CaF2+Al2O3渣系进行脱硫；待钢液的成分及温度要求后。本发明采用铝作为脱硫剂和精炼渣系采用CaO+CaF2+Al2O3渣系脱硫，在加工、运输、贮存和使用过程中的不需要特别的安全和保护措施。

Description

一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法，尤其是一种钢铁冶炼技术领域。
背景技术
超低硫纯铁具有较高的抗氢致裂纹和抗硫应力裂纹的能力，要求控制钢中硫元素含量≤10×10-6。从而确保纯铁达到超低杂质元素的水平，以满足二次硬化钢、高纯度要求的精密合金、高级叶片钢和不锈钢的生产需要。
现有常用的生产方法的步骤为：(1)将原料进行EAF(电炉)冶炼；(2)LF(钢包炉)冶炼；(3)VD(真空脱气炉)炉真空脱气；(4)出钢浇铸。该制造方法通过EAF冶炼熔氧期步骤中在硅、磷含量达标后进行完全扒渣，以及在LF(钢包炉)冶炼步骤中采用CaO+CaF2+CaC2渣系进行脱硫，该脱硫渣系的重量百分比组分为：CaO：55～75％；CaF2：10～25％；CaC2：10～20％。其制备方法是将萤石、呈干燥状的活性石灰和电石进行混合以配得上述重量百分比组分的脱硫渣系。将硫元素含量控制在技术要求范围之内([S]≤10×10-6)。
上述方法已经能充分利用现有装备制造出超高纯度纯铁，为开发符合超高纯度要求的特殊钢种提供原材料，缩小了我国与世界发达国家在纯铁冶金领域的技术差距。
上述方法存在的问题
上述方法中LF(钢包炉)冶炼步骤中采用CaO+CaF2+CaC2渣系中CaC2(电石)脱硫剂虽然具有脱硫能力强的优点，但存在以下几个问题：
一是由于细小颗粒的CaC2(电石)颗粒直径为0.1～1.0mm，极易与水和空气中的水分发生反应，其生成物C2H2(乙炔气体)易燃易爆，危及安全；
二是电石易风化，在贮存和运输过程中会有一定的损失，特别是在我司地处的南方地区，空气湿度大，会有较大的损耗；
三是电石只能脱除渣中的氧间接脱硫,而钢中的溶氧和氧化物只能通过扩散进入渣中,才能与电石反应。所以利用电石在短时间内不能迅速将钢中的硫元素含量降低到要求水平，脱硫速度7×10-6/分钟。
所以CaC2(电石)自身具有吸水性及粉化问题，不利于脱硫剂在加工、运输、贮存和使用过程中的安全和保护措施的进行。同时脱硫速度较慢，需结合前期预脱氧剂才能到达要求。
通过检索国内外专利数据库。检索主题词：“超低硫”or“钢”，检索出与本发明钢相关的信息4条：
申请号CN200780001705超低硫高清净钢的熔炼方法。从以上发明专利的权利要求书看，采用向浇包内钢液中添加CaO系熔剂结合使用RH真空脱气装置对钢液进行处理，高效率且稳定地熔炼超低硫高清净钢。在工序路径和生产设备上不同于本专利。
申请号CN200710051985短流程超低碳钢超低硫冶炼控制方法。从以上发明专利的权利要求书看，采用铁水脱硫预处理、转炉、RH喷粉脱硫、连铸的方法，将钢水控制在硫元素含量≤10×10-6的水平。在工序路径和生产设备上不同于本专利。
申请号CN03100564一种生产极低硫钢的精炼脱硫渣系和脱硫工艺。从以上发明专利的权利要求书看，采用CaO－BaO－CaF2脱硫剂以喂线的形式或以喷粉的形式加入钢中，稳定实现极低硫水平。在脱硫剂种类和加入方式上不同于本专利。且BaO属高毒类毒性物质，吸入或食入均对人体有健康危害，不利于现场生产。
申请号CN200910047593一种超低硫纯铁的脱硫渣系及其制备与应用方法。从以上发明专利的权利要求书看，采用脱硫渣系的重量百分比组分为：CaO：55～75％；CaF2：10～25％；CaC2：10～20％。其制备方法是将萤石、呈干燥状的活性白灰和电石进行混合以配得上述重量百分比组分的脱硫渣系。在脱硫渣系上不同于本发明专利。
发明内容
本专利采用铝替代CaC2(电石)的脱硫剂，替代脱硫剂应具有在贮存和使用的便利和脱硫速度较高的能力，满足超低硫纯铁要求控制钢中硫元素含量≤10×10-6的脱硫冶炼方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法，其包括如下步骤：
将原料进行电炉冶炼，控制熔氧期步骤中在Si含量达到0～0.50％、P含量达到0～0.005％后进行完全扒渣；
扒渣完毕后，采用偏心底出钢方式出钢，按照3.0～4.5kg/t的用量(即每吨钢流加入3.0～4.5kg铝锭)将铝锭随钢流加入钢包内；
进行LF冶炼，LF冶炼过程中，采用CaO+CaF2+Al2O3渣系进行脱硫；
待钢液中的硫元素含量不超过10-5，其他元素C0～0.40％、Mn0～0.40％、P0～0.006％、S0～0.0010％、Si0～0.50％、Al0～0.040％，且钢液的温度达到钢液温度达到1580～1590℃后浇铸。
其脱硫原理为：
一般脱硫反应可用(1)式表示：
3(Ca0)+3[S]→3(CaS)+3[O] (1)
铝与氧具有很强的亲和力，是炼钢过程中常规脱氧剂，铝脱氧反应可用(2)式表示：
3[O]+2[Al]→(Al2O3) (2)
铝和电石一样也可作为脱硫剂使用，归纳上述(1)(2)式起来可用(3)式表示：
3(Ca0)+3[S]+2[Al]→3(CaS)+(Al2O3) (3)
可知铝直接同钢液中硫发生脱硫反应，生产实践发现精炼过程中钢液硫和铝含量变化，随脱硫反应(3)式的理论梯度呈正相关关系，所以冶炼超低硫纯铁可采用铝代替电石作为脱硫剂使用。
作为优选方案，所述CaO+CaF2+Al2O3渣系的配比为：CaO：50～75wt％；CaF2：10～25wt％；Al2O3：15～25wt％。
作为优选方案，所述CaO+CaF2+Al2O3渣系的制备方法为：
将萤石、呈干燥状的活性石灰进行混合加入钢包，同已加入钢包中的纯Al脱氧后的产物Al2O3组合，得到所述CaO+CaF2+Al2O3渣系。
作为优选方案，所述CaO+CaF2+Al2O3渣系的用量为总钢液量的3.0～3.5％。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、采用铝作为脱硫剂和精炼渣系采用CaO+CaF2+Al2O3渣系脱硫，在加工、运输、贮存和使用过程中的不需要特别的安全和保护措施。
2、生产超低硫纯铁采用了上述冶炼技术后，超低硫纯铁硫元素含量达到了5.7×10-6，脱硫速度4×10-6/分钟。满足超低硫纯铁的控制钢中硫元素含量≤10×10-6的要求，同时脱硫速度快于使用电石作为脱硫剂的7×10-6/分钟，替代电石脱硫的作用相当明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例 1
1.1、EAF工艺要求：
电炉出钢要求：[P]0.000～0.005％，[Si]0.00～0.50％；
待Si、P达到上述要求后进行完全扒渣，后出钢；
偏心炉底出钢，出钢过程加入：脱氧剂铝锭1.5～2.5kg/t；
1.2、LF炉工艺要求
LF炉造渣脱氧脱硫使用萤石、呈干燥状的活性白灰和电石进行混合以配得渣系为重量百分比组分为：CaO：55～75％；CaF2：10～25％；CaC2：10～20％；
LF炉向VD炉吊包前[S]至0.000～0.001％；
1.3、VD炉工艺要求
VD进行真空脱气处理；
真空处理完毕测温取样，根据分析结果按前述要求成分控制；
VD结束后，底吹氩弱搅拌至吊包温度：1580～1590℃；
1.4、进行模铸浇铸成钢锭，浇铸时使用氩气保护浇注。
1.5、实施例(原冶炼工艺)
表1
2、实施例采用本专利的冶炼工艺：
2.1、EAF工艺要求：
电炉出钢要求：[P]0.000～0.005％，[Si]0.00～0.50％；
待Si、P达到上述要求后进行完全扒渣，后出钢；
偏心炉底出钢，出钢过程加入：脱氧剂铝锭3.0～4.5kg/t；
2.2、LF炉工艺要求
LF炉造渣脱氧脱硫使用将萤石(CaF2)、呈干燥状的活性石灰(CaO)进行混合加入钢包，同出钢中加入钢包中的纯Al脱氧后产物Al2O3组合以配得渣系为重量百分比组分为：CaO：50～75％；CaF2：10～25％；Al2O3：15～25％；
上述渣系渣量应控制在总钢液量的3.0～3.5％；
LF炉向VD炉吊包前[S]至0.000～0.001％；
2.3、VD炉工艺要求
VD进行真空脱气处理；
真空处理完毕测温取样，根据分析结果按前述要求成分控制；
VD结束后，底吹氩弱搅拌至吊包温度：1580～1590℃。
2.4、进行模铸浇铸成钢锭，浇铸时使用氩气保护浇注。
2.5、实施例(本专利的冶炼工艺)
表2
3、实施例专利实施前后钢液脱硫能力和速度对比
表3
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种超低硫纯铁的脱硫冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
将原料进行电炉冶炼，控制熔氧期步骤中在Si含量达到0～0.50％、P含量达到0～0.005％后进行完全扒渣；
扒渣完毕后，采用偏心底出钢方式出钢，按照3.0～4.5kg/t的用量将铝锭随钢流加入钢包内；
进行LF冶炼，LF冶炼过程中，采用CaO+CaF2+Al2O3渣系进行脱硫；
待钢液中的硫元素含量不超过10-5，其他元素C0～0.40％、Mn0～0.40％、P0～0.006％、S0～0.0010％、Si0～0.50％、Al0～0.040％，且钢液的温度达到钢液温度达到1580～1590℃后浇铸。
2.如权利要求1所述的脱硫冶炼方法，其特征在于，所述CaO+CaF2+Al2O3渣系的配比为：CaO：50～75wt％；CaF2：10～25wt％；Al2O3：15～25wt％。
3.如权利要求1所述的脱硫冶炼方法，其特征在于，所述CaO+CaF2+Al2O3渣系的制备方法为：
将萤石、呈干燥状的活性石灰进行混合加入钢包，同已加入钢包中的纯Al脱氧后的产物Al2O3组合，得到所述CaO+CaF2+Al2O3渣系。
4.如权利要求1所述的脱硫冶炼方法，其特征在于，所述CaO+CaF2+Al2O3渣系的用量为总钢液量的3.0～3.5％。
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