CN108251598B - 一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法 - Google Patents

一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，所述生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序；所述中碳高合金钢成品成分中：C：0.21‑0.24%、N≤40ppm，且合金加入量≥30kg/t钢。本发明通过各工序的严格控制，优化转炉出钢过程中增碳剂的加入时机与合理配比，显著降低了LF工序的碳线用量，并成功将成品Ｎ含量控制在40ppm以下。本发明在不增加新工序与设备的条件下，在降低成本的前提下解决了增碳控氮的技术难题。

Description

一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法。
背景技术
中碳高合金钢是指成品钢中C含量处于0.21-0.24%的范围，且合金加入量在30kg/t以上的钢种。
目前，此类钢种的生产主要是采用铁水脱硫→转炉→LF→连铸的生产工艺流程，且要求成品N≤40ppm。由于成品C含量要求较高，合金增碳量不能满足要求并且与成品C差距较大；又因成品N含量要求严格，采用锻煤增碳剂等手段直接增碳，通常需要LF氩气强吹促进增碳，会导致钢水与空气接触增氮，并且锻煤增碳剂中含有N，这样易导致N含量超标。因此在增碳与控氮这对矛盾的双重要求下，生产实践过程中往往采用LF打碳线的方式增碳，导致碳线用量很大，成本显著提高。
为了控制成品N含量，专利CN201110403469.6针对转炉不同出钢时碳、氧含量范围，优化脱氧合金加入次序来降低成品氮含量；但此方法仅限于出钢C含量较高且氧含量控制较准的情况，控制难度较大，适用性太窄。专利CN201210487536.1公开了一种转炉出钢采取两步合金脱氧的方式来控制钢液增氮量，但此方法不采用铝脱氧，忽略了合金收得率和脱氧效率，对于高合金钢种会得不偿失。专利CN201110440322.4为了降低增碳剂带入的氮含量，采用了低氮增碳剂煅烧无烟煤代替沥青焦增碳的方式，但仅是对增碳剂这一环节进行约束，具有明显的局限性。此外，当前的专利大多针对转炉控氮，很少有全流程考虑的；并且基本仅限于控氮这单一方面。
目前，有关中碳高合金钢的增碳控氮生产方法还未见报道，本发明将针对中碳高合金钢的增碳控氮生产方法进行阐述。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种中碳高合金钢的增碳控氮方法；本发明通过转炉出钢过程中增碳剂加入的合理配比、优化LF合金加入量，严格控制氩气流量使用基准，以及连铸工序良好的保护浇注等措施，稳定控制成品C、N含量、降低碳线用量，达到低成本增碳控氮的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，所述生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序；所述中碳高合金钢成品成分中：C：0.21-0.24%、N≤40ppm，且合金加入量≥30kg/t钢。
本发明所述铁水脱硫工序，铁水包喷吹镁粉和石灰脱硫后，用捞渣器将渣子捞净，铁水表层无渣，入炉铁水S≤0.003%，减小后续LF脱硫压力。
本发明所述转炉冶炼工序，采用烟气分析结合静态模型自动冶炼，严格控制转炉下渣量，使用前挡挡渣塞，后档挡渣锥与滑板相结合的挡渣方式；转炉冶炼终点温度1660-1690℃，终点氧位≤800ppm；控制终点钢水：C：0.022-0.038%、P≤0.010%。
本发明所述的转炉冶炼工序，出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量为2.5-3.0kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0-0.3kg/t钢。
本发明所述的转炉冶炼工序，增碳剂为锻煤增碳剂，其主要成分为C≥90.0%，S≤0.3%%；大包钢水成分控制为：C：0.180-0.210%、N≤25ppm。
本发明所述LF精炼处理工序，进站钢水S≤0.006%，保证进站S含量，尽量避免为了脱硫调整氩气流量进行强吹；减少钢水与空气接触机会，降低增N量。
本发明所述LF精炼处理工序，冶炼过程除进站破壳和加料外，严禁强吹；通过转炉加料控制，将LF合金加入量控制在≤2.5kg/t钢，避免加入大量合金带入空气增氮。
本发明所述LF精炼处理工序，控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.210-0.235%，Mn：1.20-1.40%，S≤0.003%，P≤0.020%，Si：0.18-0.35%，Als：0.032-0.050%，Ti：0.032-0.050%，Cr：0.10-0.50%，B：0.0020-0.0050%，N：0.0030-0.0037%。
本发明所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：CaO：30-34%，SiO2：26-30%，Na2O：7.5-9.5%，F：8-10%，Al2O3：4-6%，MgO：1.5-2.5%，C：7.5-8.0%。
本发明所述板坯连铸工序，结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.21-0.24%、O≤25ppm、N≤40ppm，达到了低成本增碳控氮的目的；获得成分合格质量优良的连铸坯，热轧生产后获得优质的最终产品。
本发明生产工艺中转炉加入合金总重量的90-95%的合金，LF精炼工序合金化只是进行微调，防止加入合金量过大而带入过多的N。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明采用“铁水预处理、转炉、LF、板坯连铸”的生产工艺流程，通过入炉铁水S含量控制；转炉终点控制、明确出钢加料时间及增碳剂加入配比；优化LF合金加入量，严格控制氩气流量使用基准；连铸保护浇铸、使用专用保护渣等系列措施，进行全流程把控，低成本生产出成品成分C：0.21-0.24%、N≤40ppm，成分合格质量优良的中碳高合金钢。2、本发明在不增加新工序与设备的条件下，解决了现有生产工艺增碳困难，碳线用量大，增碳成本高，氮含量控制不稳易超标等技术难题，生产中的碳线用量平均减少136m/炉，成本降低约1.8元/吨。为热轧提供了成分合格，高质量无缺陷的连铸坯，热轧生产后获得优质的最终产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明中碳高合金钢的增碳控氮生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁水脱硫工序：铁水包喷吹镁粉和石灰脱硫后，用捞渣器将渣子捞至铁水表层无渣，控制入炉铁水S≤0.003%；
（2）转炉冶炼工序：转炉冶炼采用烟气分析结合静态模型自动冶炼，转炉终点温度1660-1690℃，终点氧位≤800ppm；控制终点钢水成分为：C：0.022-0.038%、P≤0.010%；
出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量2.5-3.0kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0-0.3kg/t钢；大包钢水成分控制为：C：0.180-0.210%、N≤25ppm。
（3）LF精炼处理工序：进站S≤0.006%；
通过转炉加料控制，将LF合金加入量控制在≤2.5kg/t钢，避免加入大量合金带入空气增氮；
控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.210-0.235%，Mn：1.20-1.40%，S≤0.003%，P≤0.020%，Si：0.18-0.35%，Als：0.032-0.050%，Ti：0.032-0.050%，Cr：0.10-0.50%，B：0.0020-0.0050%，N：0.0030-0.0037%。
（4）板坯连铸工序：
所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：CaO：30-34%，SiO2：26-30%，Na2O：7.5-9.5%，F：8-10%，Al2O3：4-6%，MgO：1.5-2.5%，C：7.5-8%；
结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.21-0.24%、O≤25ppm、N≤40ppm；
获得成分合格质量优良的连铸坯，热轧生产后获得优质的最终产品。
实施例1
本实施例中碳高合金钢22MnB5的增碳控氮生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁水脱硫工序：铁水包喷吹镁粉和石灰脱硫后，用捞渣器将渣子捞至铁水表层无渣，控制入炉铁水S：0.003%；
（2）转炉冶炼工序：转炉冶炼采用烟气分析结合静态模型自动冶炼，转炉终点温度1660℃，终点氧位600ppm；控制终点钢水成分为：C：0.030%、P：0.007%；
出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量2.8kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0.1kg/t钢；大包钢水成分控制为：C：0.188%、N：22ppm；
（3）LF精炼处理工序：进站钢水S：0.006%；
通过转炉加料控制，将LF合金加入量控制在2.2kg/t钢，避免加入大量合金带入空气增氮；
控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.228%，Mn：1.30%，S：0.002%，P：0.014%，Si：0.18%，Als：0.042%，Ti：0.038%，Cr：0.22%，B：0.0028%，N：0.0033%；
（4）板坯连铸工序：
所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：CaO：32%，SiO2：26%，Na2O：8%，F：8%，Al2O3：4%，MgO：1.5%，C：7.8%；
结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.22%、O：20ppm、N：35ppm；
获得成分合格质量优良的连铸坯，铸坯宽度为1190mm，厚度为200mm，热轧生产后获得优质的最终产品。
实施例2
本实施例中碳高合金钢22MnB5的增碳控氮生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁水脱硫工序：铁水包喷吹镁粉和石灰脱硫后，用捞渣器将渣子捞至铁水表层无渣，控制入炉铁水S：0.001%；
（2）转炉冶炼工序：转炉冶炼采用烟气分析结合静态模型自动冶炼，转炉终点温度1680℃，终点氧位728ppm；控制终点钢水成分为：C：0.026%、P：0.009%；
出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量3.0kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0.2kg/t钢；大包钢水成分控制为：C：0.196%、N：23ppm；
（3）LF精炼处理工序：进站钢水S：0.005%；
通过转炉加料控制，将LF合金加入量控制在2.3kg/t钢，避免加入大量合金带入空气增氮；
控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.226%，Mn：1.20%，S：0.001%，P：0.016%，Si：0.29%，Als：0.037%，Ti：0.050%，Cr：0.33%，B：0.0020%，N：0.0037%；
（4）板坯连铸工序：
所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：
CaO：33%，SiO2：30%，Na2O：9.2%，F：10%，Al2O3：6%，MgO：2.0%，C：8%；
结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.23%、O：18ppm、N：40ppm；
获得成分合格质量优良的连铸坯，铸坯宽度为1220mm，厚度为200mm，热轧生产后获得优质的最终产品。
实施例3
本实施例中碳高合金钢22MnB5的增碳控氮生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁水脱硫工序：铁水包喷吹镁粉和石灰脱硫后，用捞渣器将渣子捞至铁水表层无渣，控制入炉铁水S：0.002%；
（2）转炉冶炼工序：转炉冶炼采用烟气分析结合静态模型自动冶炼，转炉终点温度1690℃，终点氧位800ppm；控制终点钢水成分为：C：0.022%、P：0.010%；
出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量2.5kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0.3kg/t钢；大包钢水成分控制为：C：0.210%、N：25ppm；
（3）LF精炼处理工序：进站钢水S：0.003%；
通过转炉加料控制，将LF合金加入量控制在2.5kg/t钢，避免加入大量合金带入空气增氮；
控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.235%，Mn：1.40%，S：0.003%，P：0.020%，Si：0.23%，Als：0.050%，Ti：0.046%，Cr：0.50%，B：0.0039%，N：0.0036%；
（4）板坯连铸工序：
所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：
CaO：30%，SiO2：28%，Na2O：7.5%，F：8.6%，Al2O3：5%，MgO：2.5%，C：7.5%；
结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.24%、O：25ppm、N：38ppm；
获得成分合格质量优良的连铸坯，铸坯宽度为1220mm，厚度为200mm，热轧生产后获得优质的最终产品。
实施例4
本实施例中碳高合金钢22MnB5的增碳控氮生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁水脱硫工序：铁水包喷吹镁粉和石灰脱硫后，用捞渣器将渣子捞至铁水表层无渣，控制入炉铁水S：0.003%；
（2）转炉冶炼工序：转炉冶炼采用烟气分析结合静态模型自动冶炼，转炉终点温度1670℃，终点氧位680ppm；控制终点钢水成分为：C：0.038%、P：0.009%；
出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量2.7kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0kg/t钢；大包钢水成分控制为：C：0.180%、N：19ppm；
（3）LF精炼处理工序：进站钢水S：0.005%；
通过转炉加料控制，将LF合金加入量控制在2.1kg/t钢，避免加入大量合金带入空气增氮；
控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.210%，Mn：1.26%，S：0.001%，P：0.015%，Si：0.35%，Als：0.032%，Ti：0.032%，Cr：0.10%，B：0.0050%，N：0.0030%；
（4）板坯连铸工序：
所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：CaO：34%，SiO2：27.5%，Na2O：9.5%，F：9.3%，Al2O3：4.5%，MgO：1.8%，C：7.9%；
结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.21%、O：22ppm、N：32ppm；
获得成分合格质量优良的连铸坯，铸坯宽度为1190mm，厚度为200mm，热轧生产后获得优质的最终产品。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管结合上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，其特征在于，所述生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼处理、板坯连铸工序；所述中碳高合金钢成品成分中：C：0.21-0.24%、N≤40ppm，且合金加入量≥30kg/t钢；
所述铁水脱硫工序，入炉铁水S≤0.003%；
所述的转炉冶炼工序，出钢过程加料顺序依次为预脱氧增碳剂、石灰、合金及增碳用增碳剂；出钢1/5时开始加入增碳剂进行脱氧，预脱氧增碳剂加入量为0.3kg/t钢，石灰加入量为2.5-3.0kg/t钢，在合金加入前期加入增碳用增碳剂0-0.3kg/t钢；转炉冶炼终点温度1660-1690℃，终点氧位≤800ppm；控制终点钢水：C：0.022-0.038%、P≤0.010%；
所述LF精炼处理工序，控制LF合金加入量≤2.5kg/t钢，冶炼过程除进站破壳和加料外，严禁强吹；控制出站化学成分的质量百分含量为：C：0.210-0.235%，Mn：1.20-1.40%，S≤0.003%，P≤0.020%，Si：0.18-0.35%，Als：0.032-0.050%，Ti：0.032-0.050%，Cr：0.10-0.50%，B：0.0020-0.0050%，N：0.0030-0.0037%；
所述板坯连铸工序，钢包到中间包采用长水口加氩气密封保护钢水；中间包使用镁质耐材、无碳低硅覆盖剂、铝碳质吹氩上水口、吹氩塞棒和浸入式水口，以及专用保护渣进行全程保护浇注，保护渣的主要组分质量百分含量为：CaO：30-34%，SiO2：26-30%，Na2O：7.5-9.5%，F：8-10%，Al2O3：4-6%，MgO：1.5-2.5%，C：7.5-8%。
2.根据权利要求1所述的一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，其特征在于，所述的转炉冶炼工序，增碳剂为锻煤增碳剂，其主要成分为C≥90.0%，S≤0.3%%；大包钢水成分控制为：C：0.180-0.210%、N≤25ppm。
3.根据权利要求1或2所述的一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，其特征在于，所述LF精炼处理工序，进站钢水S≤0.006%。
4.根据权利要求3所述的一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，其特征在于，所述板坯连铸工序，结晶器采用弱冷模式，二次冷却采用AMeC冷却模式并配合动态轻压下；控制中包钢水碳、氧、氮含量分别为：C：0.21-0.24%、O≤25ppm、N≤40ppm。
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