CN107619906A - 铝脱氧钢钢坯制备方法 - Google Patents

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陈天明
杨森祥
赵志强
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Abstract

本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种铝脱氧钢钢坯制备方法。针对现有的脱硫精炼渣对钢水脱硫、脱氧率较低，且不易控制等问题，本发明提供了一种铝脱氧钢钢坯制备方法，包括以下步骤：转炉冶炼钢水‑脱氧合金化‑钢水精炼‑连铸，制备得到T[O]0.0003～0.0005％的钢坯；所述钢水精炼时向钢水中加入活性石灰和精炼渣进行精炼。本发明能够比较理想地将钢水精炼脱硫率控制在25～85％之间，连铸坯钢中T[O]控制在0.0003～0.0005％之间，不仅可以提高钢水脱硫率，还能够降低钢中的非金属夹杂物含量，提高钢水的洁净度。同时，也避免了萤石对耐材的侵蚀和对环境的污染，具有重要的意义。

Description

铝脱氧钢钢坯制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种铝脱氧钢钢坯制备方法。
背景技术
随着工业和科技的发展，各行业对钢的质量要求越来越苛刻。钢中T[O]高低即代表了非金属夹杂物的含量，钢中非金属夹杂物的存在破坏了钢基体的连续性，对钢材的使用性能和加工性能、表面质量及铸坯的质量产生很大不利影响；钢中硫能促使金属产生热裂纹、降低冲击韧度和耐腐蚀性，并能促使产生偏析，促进硫化物夹杂的生成，影响钢材的抗拉强度、成型性、各向异性、疲劳性能等。因此，在洁净钢生产中必须降低钢液中的T[O]和硫含量。而转炉的脱硫能力是相当有限的，特别是在铁水原始硫含量很低的情况下，由于入炉的石灰、废钢等炉料带有较高的硫，往往出现转炉过程回硫现象。但是，仅靠铁水预处理很难稳定生产低硫钢，因此，在转炉出钢后还必须对钢水进行炉外精炼脱硫。钢包渣改性及组成控制技术是炉外精炼的关键技术。钢包渣的性质直接影响精炼过程的冶金效果。精炼渣具有脱氧、脱硫、去夹杂的作用。当碱性还原渣同钢液密切接触时，钢液中实际的氧、硫的数值大于同渣平衡的氧、硫的数值，使钢液中氧和硫向渣中扩散，因此，提高钢包渣的碱度、降低其氧化性有利于钢水中氧和硫的去除。
随着钢水炉外精炼技术的发展，关于脱硫精炼渣和钢水炉外精炼技术的研究报道及相关专利也较多，但多数精炼渣都含有一定量的萤石，例如CN101139644A公开了一种转炉钢渣洗用高碱度精炼渣，该精炼渣由活性石灰、萤石及工业纯碱在圆盘混料机中混匀后制成，采用上述精炼渣存在成本较高、脱硫、脱氧效果不稳定的问题，且萤石有侵蚀耐材、污染环境的问题。
CN1718765A公开了一种转炉钢水精炼用复合精炼渣，该精炼渣含有CaC2：30～50重量％，Al2O3：20～36重量％，SiO2：8～18重量％，CaF2：8～18重量％。在使用时，直接将该复合精炼渣加入到钢包中，采用该精炼渣容易产生大量气体，易造成溢渣，且脱硫、脱氧效果不甚理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：采用现有的脱硫精炼渣对钢水脱硫、脱氧率较低，且不易控制等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种铝脱氧钢钢坯制备方法。该方法包括以下步骤：
转炉冶炼钢水-脱氧合金化-钢水精炼-连铸，制备得到T[O]0.0003～0.0005％的钢坯；所述钢水精炼时向钢水中加入活性石灰和精炼渣进行精炼。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述活性石灰的活性度≥280ml，优选为300～500ml。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述活性石灰添加量为2.0～6.0kg/t钢水，优选为3.0～5.0kg/t钢水。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，活性石灰的粒径为5～50mm。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述精炼渣的添加量为1.0～4.0kg/t钢水，优选为1.5～3.0kg/t钢水。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述精炼渣的粒径为5～20mm，优选为5～15mm。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，还包括在加入精炼渣后，向钢水中吹入氩气并搅拌的步骤。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述吹入氩气的流量为：每吨钢水吹氩1～2.5L/min，所述搅拌时间为4～10min。氩气流量的L/min是指在20℃、1个大气压的标准状况下每分钟的流量。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述活性石灰为CaO含量为80～90wt％，水分含量≤0.1wt％的活性石灰。
其中，上述铝脱氧钢钢坯制备方法中，所述精炼渣为Al2O3≥40wt％，CaO≥15wt％，SiO2≤10wt％，金属铝≥5wt％；S≤0.10wt％，P≤0.06wt％，水分含量≤0.1wt％的精炼渣。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过将合金化后的钢水先与活性石灰混合，再加入精炼渣的方法，利用钢水热量促进活性石灰快速熔化并上浮进入钢包渣中，可以起到脱硫、脱氧、去除夹杂的作用，然后再向钢包内加入精炼渣，可以降低钢包渣中的氧，优化钢包渣的组成，以达到净化钢液的效果。本发明能够比较理想地将钢水精炼脱硫率控制在25～85％之间，连铸坯钢中T[O]控制在0.0003～0.0005％之间，不仅可以提高钢水脱硫率，还能够降低钢中的非金属夹杂物含量，提高钢水的洁净度。同时，也避免了萤石对耐材的侵蚀和对环境的污染，具有重要的意义。
具体实施方式
本发明提供了一种铝脱氧钢钢坯制备方法，包括以下步骤：
转炉冶炼钢水-脱氧合金化-钢水精炼-连铸，制备得到T[O]0.0003～0.0005％的钢坯；所述钢水精炼时向钢水中加入活性石灰和精炼渣进行精炼。
在本发明中，将合金化后的钢水先与活性石灰混合，利用钢水热量促进活性石灰快速熔化并上浮进入钢包渣中，可以起到脱硫、脱氧、去除夹杂的作用，然后再向钢包内加入精炼渣，可以降低钢包渣中的氧，优化钢包渣的组成，以达到净化钢液的效果。
本发明中，石灰的组织结构与煅烧温度和煅烧时间密切相关，因此，影响石灰活性度的组织结构包括体积密度、气孔率、比表面积和CaO矿物的晶粒尺寸。晶粒越小，比表面积越大，气孔率越高，石灰活性就越高，化学反应能力就越强。本发明添加的石灰为活性度≥280ml的活性石灰，优选为300～500ml。所述活性度为表征生石灰水化反应速度的指标，即，以中和生石灰消化时产生的Ca(OH)2所消耗的4摩尔/升盐酸的毫升数表示。
其中，本发明活性石灰的添加量为2.0～6.0kg/t钢水，优选为3.0～5.0kg/t钢水。所述加入活性石灰的时机可以按照本领域公知的方式，例如，在转炉吹炼结束后的出钢过程中，当1/3左右的钢水进入钢包中后，加入合金调节钢水中各组分含量同时达到脱氧的效果，然后，将剩余的钢水倒入钢包中，可以随钢水流加入活性石灰，与钢液充分混冲接触。
其中，所述精炼渣的添加量为1.0～4.0kg/t钢水，优选为1.5～3.0kg/t钢水。所述加入精炼渣的时机可以按照本领域公知的方式，例如，在转炉中的钢水全部进入钢包中后，加入精炼渣到钢包内。
进一步的，本发明还包括在加入精炼渣后，向钢水中吹入氩气并搅拌的步骤。吹入氩气时要控制氩气的流量和搅拌时间，以加强搅拌，进一步实现脱硫、脱氧、去除夹杂的效果。所述吹氩的流量控制为：每吨钢水1～2.5L/min，所述搅拌时间控制为4～10min。所述L/min是指在20℃、1个大气压的标准状况下每分钟的流量。
进一步的，本发明所述的活性石灰为CaO含量为80～90wt％，水分含量≤0.1wt％的活性石灰；所述精炼渣为Al2O3≥40wt％，CaO≥15wt％，SiO2≤10wt％，金属铝≥5wt％；S≤0.10wt％，P≤0.06wt％，水分含量≤0.1wt％的精炼渣。
在本发明中，所述铝脱氧钢钢坯精炼前采用普通的转炉吹炼钢水，出钢后进行脱氧合金化，然后进行炉外精炼，最后进行浇铸。
在本发明中，所述冶炼钢水的方法和条件为本领域技术人员所公知，例如，转炉吹炼。按照本发明，所述铝脱氧钢为转炉吹炼结束后，采用含铝合金对钢水进行脱氧处理。
在本发明中，将冶炼后的钢水进行合金化的方法和条件为本领域常技术人员所公知，例如，在出钢过程中，加入各种合金以及碳质材料以保证合金化后，达到钢种对C以及各组分的含量要求即可。
本发明的炉外精炼的方法和条件也采用行业公知的普通条件，例如，在LF炉和/或RH真空设备中进行炉外精炼，保持温度并对钢中各合金成分进行微调。
本发明的浇铸的方法和条件也采用行业公知的普通条件，例如，采用连铸的方法进行浇铸：将炉外精炼后的钢水连续地注入到结晶器中，经结晶器冷却，使钢水表面凝成硬壳，将该具有硬壳的钢水从结晶器的出口连续拉出，使其在二次冷却区和拉矫区冷却而全部凝固，在拉矫区的出口得到连铸坯。
下面将结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法制备铝脱氧钢
铝脱氧钢(34CrMo4钢)的精炼方法，具体操作步骤如下：
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入120吨铁水进行顶、底复吹转炉吹炼，吹炼时间为15～30分钟，吹炼终点温度为1660～1680℃，吹炼终点钢水的C含量为≥0.05重量％；取样分析，转炉终点S含量为0.007～0.016重量％；
(2)出钢
在转炉出钢过程中，加入无烟煤、铝铁、铬铁、钼铁、硅锰和锰铁合金进行C、Si、Mn元素的合金化，然后随钢流向钢包内加入活性石灰(活性度为300毫升)，加入量为3.0～5.0千克/吨钢水，钢水全部倒入钢包后向钢包内加入精炼渣，加入量为1.5～3.0千克/吨钢水，出钢完毕钢包采用底部吹氩气，每吨钢水吹氩流量为1.2～2标准升/分钟，吹氩时间为5～8分钟；
(3)精炼
将钢水用LF炉加热调整温度，并对各成分进行微调后，加热钢水到1580～1595℃。
按照上述方法冶炼并精炼钢水11炉，精炼结束后，分别取样分析钢包渣中二元碱度(CaO/SiO2)为4.5～6.5，CaO含量为48～53重量％，Al2O3含量为25～35重量％，FeO+MnO的总含量为1.3～1.6重量％；
(4)连铸
分别或者依次将11炉精炼后的钢水在4机4流大方坯连铸机上浇铸，并使铸坯断面为360mm×450mm，中间包温度为1520～1540℃，铸机拉速0.5m/min，结晶器电磁搅拌电流为600A。分别取样分析中间包钢水中S含量为0.001～0.006重量％。并按照下述公式计算脱硫率。
脱硫率％＝(转炉终点钢水S含量-中间包中钢水S含量)/转炉终点钢水S含量×100％。
冶炼11炉后得到的钢水脱硫率在27～85％之间，平均脱硫率为55％。
取连铸坯试样进行总氧(T[O])检测，结果为T[O]控制在0.0003～0.0006％之间，平均为0.00048％。
实施例2采用本发明方法制备铝脱氧钢
铝脱氧钢(20CrMnTiH)的精炼方法，具体操作步骤如下：
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入120吨铁水进行顶、底复吹转炉吹炼，吹炼时间为15～30分钟，吹炼温度为1655～1690℃，吹炼终点为钢水的C含量为≥0.05重量％；取样分析，转炉终点S含量为0.016～0.068重量％；
(2)出钢
在转炉出钢过程中，加入无烟煤、铝铁、硅铁和锰铁合金进行C、Si、Mn元素的合金化，然后随钢流向钢包内加入活性石灰(活性度为500毫升)，加入量为3.0～5.5千克/吨钢水，钢水全部倒入钢包后向钢包内加入精炼渣，加入量为1.5～3.0千克/吨钢水，出钢完毕钢包采用底部吹氩气，每吨钢水吹氩流量为1.6～2.2标准升/分钟，吹氩时间为6～10分钟；
(3)精炼
将钢水用LF炉加热调整温度，并对各成分进行微调后，加热钢水到1600～1620℃；
按照上述方法冶炼并精炼钢水10炉，精炼结束后，分别取样分析钢包渣中二元碱度(CaO/SiO2)为4.2～6.3，CaO含量为44～53重量％，Al2O3含量为25～35重量％，FeO+MnO的总含量为1.0～2.0重量％；分别取样分析LF精炼出站钢水中S含量为0.009～0.039重量％。并按照下述公式计算脱硫率。
脱硫率％＝(转炉终点钢水S含量-LF出站钢水S含量)/转炉终点钢水S含量×100％。
冶炼10炉后得到的钢水脱硫率在28～85％之间，平均脱硫率为59％。
(4)连铸
分别或者依次将10炉精炼后的钢水在4机4流大方坯连铸机上浇铸，并使铸坯断面为360mm×450mm，中间包温度为1525～1555℃，铸机拉速0.5m/min，结晶器电磁搅拌电流为600A。取连铸坯试样进行总氧(T[O])检测，结果为T[O]控制在0.0003～0.0005％之间，平均为0.00039％。
对比例1采用现有的方法制备铝脱氧钢
铝脱氧钢(34CrMo4钢)的精炼方法，具体操作步骤如下：
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入120吨铁水进行顶、底复吹转炉吹炼，吹炼时间为15～30分钟，吹炼终点温度为1660～1680℃，吹炼终点钢水的C含量为≥0.05重量％；取样分析，转炉终点S含量为0.008～0.017重量％；
(2)出钢
在转炉出钢过程中，加入无烟煤、铝铁、铬铁、钼铁、硅锰和锰铁合金进行C、Si、Mn元素的合金化，然后随钢流向钢包内加入高碱度渣(成分：CaO：65～75重量％，SiO2：＜5重量％，Al2O3：＜1重量％，MgO：5～8重量％。)，加入量为3.0～5.0千克/吨钢水，钢水全部倒入钢包后向钢包内加入调渣剂(成分：Al2O3：10～30重量％，CaO：20～50重量％，SiO2：≤10重量％，金属铝：≥5重量％；S：≤0.10重量％，P：≤0.06重量％，水分含量为小于0.1重量％)，加入量为1.5～3.0千克/吨钢水，出钢完毕钢包采用底部吹氩气，每吨钢水吹氩流量为1.2～2标准升/分钟，吹氩时间为5～8分钟；
(3)精炼
将钢水用LF炉加热调整温度，并对各成分进行微调后，加热钢水到1580～1595℃。
按照上述方法冶炼并精炼钢水10炉，精炼结束后，分别取样分析钢包渣中二元碱度(CaO/SiO2)为2.7～5.5，CaO含量为43～51重量％，Al2O3含量为15～25重量％，FeO+MnO的总含量为1.2～1.5重量％；
(4)连铸
分别或者依次将10炉精炼后的钢水在4机4流大方坯连铸机上浇铸，并使铸坯断面为360mm×450mm，中间包温度为1520～1540℃，铸机拉速0.5m/min，结晶器电磁搅拌电流为600A。分别取样分析中间包钢水中S含量为0.002～0.006重量％。并按照下述公式计算脱硫率。
脱硫率％＝(转炉终点钢水S含量-中间包中钢水S含量)/转炉终点钢水S含量×100％。
冶炼10炉后得到的钢水脱硫率在20～75％之间，平均脱硫率为50％。
取连铸坯试样进行总氧(T[O])检测，结果为T[O]控制在0.0008～0.0017％之间，平均为0.0012％。
对比例2采用现有的方法制备铝脱氧钢
铝脱氧钢(20CrMnTiH)的精炼方法，具体操作步骤如下：
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入120吨铁水进行顶、底复吹转炉吹炼，吹炼时间为15～30分钟，吹炼温度为1655～1690℃，吹炼终点为钢水的C含量为≥0.05重量％；取样分析，转炉终点S含量为0.017～0.065重量％；
(2)出钢
在转炉出钢过程中，加入无烟煤、铝铁、硅铁和锰铁合金进行C、Si、Mn元素的合金化，然后随钢流向钢包内加入高碱度渣(成分：CaO：65～75重量％，SiO2：＜5重量％，Al2O3：＜1重量％，MgO：5～8重量％。)，加入量为3.0～5.5千克/吨钢水，钢水全部倒入钢包后向钢包内加入调渣剂(成分：Al2O3：10～30重量％，CaO：20～50重量％，SiO2：≤10重量％，金属铝：≥5重量％；S：≤0.10重量％，P：≤0.06重量％，水分含量为小于0.1重量％)，加入量为1.5～3.0千克/吨钢水，出钢完毕钢包采用底部吹氩气，每吨钢水吹氩流量为1.6～2.2标准升/分钟，吹氩时间为6～10分钟；
(3)精炼
将钢水用LF炉加热调整温度，并对各成分进行微调后，加热钢水到1600～1620℃；
按照上述方法冶炼并精炼钢水12炉，精炼结束后，分别取样分析钢包渣中二元碱度(CaO/SiO2)为3.0～5.7，CaO含量为42～52重量％，Al2O3含量为18～28重量％，FeO+MnO的总含量为1.1～2.0重量％；分别取样分析LF精炼出站钢水中S含量为0.011～0.035重量％。并按照下述公式计算脱硫率。
脱硫率％＝(转炉终点钢水S含量-LF出站钢水S含量)/转炉终点钢水S含量×100％。
冶炼12炉后得到的钢水脱硫率在25～71％之间，平均脱硫率为51％。
(4)连铸
分别或者依次将12炉精炼后的钢水在4机4流大方坯连铸机上浇铸，并使铸坯断面为360mm×450mm，中间包温度为1525～1555℃，铸机拉速0.5m/min，结晶器电磁搅拌电流为600A。取连铸坯试样进行总氧(T[O])检测，结果为T[O]控制在0.0006～0.0014％之间，平均为0.0010％。
从以上实施例1～2和对比例1～2的结果可以看出，采用本发明提供的方法生产得到的铝脱氧钢的脱硫率在27～85％之间，最好的脱硫效果可达到85％，显著提高了脱硫效果。更为重要的是，连铸坯T[O]可稳定控制在0.0003～0.0006％之间，远低于现有技术生产的连铸坯T[O]含量，采用本发明的方法制得的产品质量得到显著提升，完全能够满足钢的质量要求。

Claims (10)

1.铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
转炉冶炼钢水-脱氧合金化-钢水精炼-连铸，制备得到T[O]0.0003～0.0005％的钢坯；所述钢水精炼时向钢水中加入活性石灰和精炼渣进行精炼。
2.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述活性石灰的活性度≥280ml。
3.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述活性石灰添加量为2.0～6.0kg/t钢水。
4.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：活性石灰的粒径为5～50mm。
5.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述精炼渣的添加量为1.0～4.0kg/t钢水。
6.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述精炼渣的粒径为5～20mm。
7.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：还包括在加入精炼渣后，向钢水中吹入氩气并搅拌的步骤。
8.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述吹入氩气的流量为：每吨钢水吹氩1～2.5L/min，所述搅拌时间为4～10min。
9.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述活性石灰为CaO含量为80～90wt％，水分含量≤0.1wt％的活性石灰。
10.根据权利要求1所述的铝脱氧钢钢坯制备方法，其特征在于：所述精炼渣为Al2O3≥40wt％，CaO≥15wt％，SiO2≤10wt％，金属铝≥5wt％；S≤0.10wt％，P≤0.06wt％，水分含量≤0.1wt％的精炼渣。
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