CN108384921A

CN108384921A - 一种钢包精炼用石灰石包芯线及其使用方法

Info

Publication number: CN108384921A
Application number: CN201810095473.2A
Authority: CN
Inventors: 乔继纲
Original assignee: Rizhao Steel Holding Group Co Ltd
Current assignee: Rizhao Steel Holding Group Co Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2018-08-10

Abstract

本发明公开了一种钢包精炼用石灰石包芯线及其使用方法，属于钢铁冶金技术领域，其特征在于包芯线包括铁皮筒和内芯，内芯填充在铁皮筒内，所述的内芯为低硫石灰石，其成分的质量百分比为：CaO≥52％，S≤0.030％，SiO2≤1.5％，MgO≤1.5％。与现有技术相比较，本发明不含有“钙线”，不采用钙处理工艺，避免了高熔点铝酸盐易发生絮流的问题，省却了钙处理成本。

Description

一种钢包精炼用石灰石包芯线及其使用方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及薄板坯连铸低成本生产高成型性低碳铝镇静洁净钢的生产技术。

背景技术

在钢铁冶金生产高品质钢种过程中，为了控制合适的钙铝比，生成低熔点液态12CaO·7Al₂O₃、3CaO·Al₂O₃铝酸盐，促进夹杂物上浮，改善钢水可浇性，大多需要加入金属钙包芯线进行钙处理。

目前所采用的包芯线包括纯金属钙包芯线和复合金属钙包芯线，前者如《一种炼钢用纯钙包芯线》(专利申请号201210305426.9)。后者所谓的复合金属钙包芯线，为将不同比例的脱氧净化剂与金属钙混合，如《一种复合钙处理的包芯线》(专利申请号201310066280.1)中的复合钙处理包芯线，包括铝箔筒、钢皮筒，其中铝箔筒套在钢皮筒内，铝箔筒分为等长或者不等长的若干段，每段内从前至后包括钙处理剂层、含铝脱氧剂层、石灰石粉层，实现分段分层分量式投入。

但万变不离其宗的是，上述的包芯线均需要“钙处理剂”，也就是金属钙。现有的各种包芯线改良的技术问题仅限于“含钙金属处理的包芯线，喂入时连续剧烈反应，钢水深度扩散脱氧速度小于钙金属汽化反应速度，造成反应剧烈，降低收得率”。即使加入了石灰石粉，就如同上述《一种复合钙处理的包芯线》本身公开所言，其目的也仅仅在于降低钙处理反应剧烈程度。

实际生产中，采用上述的钙处理工艺，钙的收得率常在20％左右，在冶炼温度下大部分钙残留在金属熔池中主要存在形式如下：①氧化物夹杂，固态钙铝酸盐(C.6A，C.2A，C.A)；②钢水中CaS夹杂，而这些钙的存在形式易造成水口堵塞，影响和限制薄板坯连铸生产效率；并且，钢水中高熔点铝酸钙夹杂物，影响了钢板的成型性能，易发生冷弯开裂。

因此，如何从根本上脱离钙处理技术，却又能保证夹杂物数量的可控，改善钢水可浇性，减轻絮流问题，成为生产低碳(含硅或控硅)铝镇静洁净钢的技术难点。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提出了一种钢包精炼用石灰石包芯线喂线材料及其使用方法。本发明的包芯线不含有“钙线”，不采用钙处理工艺，但仍然完全可以满足连铸钢水可浇性要求，并且因高熔点铝酸钙夹杂物数量少，钢板成型性能得以改善。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种钢包精炼用石灰石包芯线，其特征在于：包括铁皮筒和内芯，内芯填充在铁皮筒内，所述的内芯为低硫石灰石，其成分的质量百分比为：CaO≥52％，S≤0.030％，SiO₂≤1.5％，MgO≤1.5％。

上述的石灰石包芯线具体规格为：线直径10mm±0.5mm；铁皮厚度1.5mm ±0.2mm；粉重80g/m±5％；铁皮重360g/m±5％。

一种钢包精炼用石灰石包芯线的使用方法：其特征在于：

(1)铁水预处理将铁水硫含量降低到0.02％以下；

(2)氧气顶底复吹转炉：控制转炉终点钢水[O]＜600ppm；

(3)LF精炼：精炼进站钢水[Al]0.015～0.050％，钢水温度≥1550℃；控制渣组成为：CaO 54～60％；Al2O3 25～30％；SiO2 6～9％；MgO 5～7％，碱度CaO/SiO2数值为6～9；精炼造白渣；钢水铝成分调整，配铝次数2次；喂所述的石灰石包芯线，钢水成分的质量百分比控制为：C：0.038～0.045％，Si： 0.15～0.25％，Mn：0.50～0.60％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.008～0.020 ％，余量为铁和微量的不可避免的杂质；

(4)钢包底部氩气软吹：软吹镇静时间为20～30分钟；

(5)连铸：酸溶铝与总铝差值控制≤0.002％，拉速3～6m/min；

(6)轧钢。

其中：

步骤(4)中，钢包采用双透气砖，吹气强度以不裸露钢水为准，且精炼出站后底吹不得大搅降温。

步骤(5)中，连铸采用整体浸入式水口，中包开浇氩气吹扫，双层覆盖剂，钢包长水口保护浇注，整体浸入式水口，连浇钢水通过氩气保护浇注。

上述的双层覆盖剂为下部碱性，上部酸性。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、本发明的包芯线不含有“钙线”，不采用钙处理工艺，避免了高熔点铝酸盐易发生絮流的问题，改进钢板的成型性能，减少冷弯开裂发生几率；

2、使用本发明技术可以避免钙处理工艺所带来的增氮问题；

3、本发明技术减少了工艺步骤，简化了工艺流程，完全可以控制和减少夹杂物数量，满足连铸钢水钢水洁净度和可浇性要求，夹杂物上浮、吸附效果明显，产品成分合格率达到99.3％；

4、使用本发明技术，省却了钙处理成本，钙处理成本8.7元/吨，石灰石包芯线比含钙处理剂包芯线降低70％成本，按年产500万吨钢计算：年节约成本＝500×8.7×70％＝3045万元。

附图说明

图1是对比例1的棒塞侵蚀图。

图2是实施例1的棒塞侵蚀图。

图3是对比例3的夹杂物扫描电镜图片。

图4是实施例2的夹杂物扫描电镜图片。

具体实施方式

下面结合对比例、具体实施例结合的薄板坯连铸低碳铝镇静洁净钢生产技术做进一步详细说明。

以薄板坯连铸低碳(含钙)铝镇静洁净钢(钢种H06201)生产为例。

对比例1：钢种H06201，使用的是无缝金属钙线。

其低碳铝镇静洁净钢生产为现有钙处理工艺，技术路线为：铁水→氧气顶底复吹转炉→LF精炼→钢包底部氩气软吹→钙处理→钢包底部氩气软吹→连铸 →轧钢。

(1)铁水：通过铁水预处理等方式将铁水硫含量降低到0.02％以下；

(2)转炉冶炼：在转炉中对铁水进行初炼，氧气顶底复吹转炉。其中采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉终点钢水[O]＜700ppm，挡渣出钢。

(3)LF精炼：出钢后进行钢包精炼照钢种制造标准要求加入铝脱氧剂、合金、生石灰调整钢液成分，然后氩站吹氩脱氧精炼；脱氧结束，调整氩气至软吹状态，氩气流量30m³/h，软吹时间8min。钢水成分的质量百分比控制为：C： 0.038～0.045％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.50～0.60％，P≤0.018％，S≤0.003 ％，Alt：0.008～0.020％，余量为铁和微量的不可避免的杂质。

(4)钙处理：将底吹氩流量调至30m³/h，使用喂丝机以2～2.5m/s速度，喂入无缝金属钙线400～600m/炉，以达到钢水成分中Ca：0.0010～0.0040％；

(5)钢包底部氩气软吹镇静：钙处理结束后调整氩气至软吹状态，软吹时间8min，氩气流量30m³/h。

(6)连铸：采用铝碳质整体塞棒控制钢流，钢包到中间包采用长水口保护浇铸，铝碳质外部浸入式水口，拉速3～6m/min。

(7)轧钢。

以上工艺过程为现有薄板坯连铸生产技术，其具体的步骤不再累述。

对比例2：为对比例1中去除钙处理步骤，不再加入任何包芯线，预设计工艺技术路线为：铁水→氧气顶底复吹转炉→LF精炼→钢包底部氩气软吹→薄板坯连铸→连轧。

除去钙处理步骤以外，其中的各项工艺步骤和参数，与对比例1相同。

本发明重点在钢水的洁净化生产技术，轧钢工序是相同的，不涉及轧钢工艺的更改，因此以下实施例中未述及的部分为现有技术，按照现有技术的工艺和参数操作即可。

实施例1

(2)氧气顶底复吹转炉：采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉终点钢水 [O]＜550ppm，挡渣出钢，挡渣过程控制下吨钢渣量3～4Kg，转炉终点钢水[O] ＜550ppm，减少脱氧铝的加入量，降低Al₂O₃脱氧夹杂物总量。

(3)LF精炼：调整精炼进站钢水[Al]0.02～0.04％，钢水温度≥1550℃；按6～7Kg/吨加入石灰，控制渣组成为CaO 54～56％，Al₂O₃ 25～30％；SiO₂ 6～ 7％；MgO 5～7％，碱度CaO/SiO₂数值8～9；精炼造白渣；钢水铝成分调整，配铝次数2次，喂石灰石包芯线400米；钢水硅含量为0.15～0.25％；精炼出站钢水成分的质量百分比控制为：C：0.038～0.045％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.50～ 0.60％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.008～0.020％，余量为铁和微量的不可避免的杂质。控制进站钢水铝含量和温度，以达到便于精炼造白渣，稳定生产节奏的目的；造渣剂控制碱度在7～8的范围内使炉渣既有良好的脱氧、脱硫能力和吸附三氧化二铝夹杂能力，配铝次数小于3，集中脱氧，利于夹杂物聚集上浮，配铝次数多，越到后期，钢水中氧浓度越低，形成三氧化二铝夹杂越弥散，则不利于夹杂上浮。连铸钢包向中包保护浇注以及中包向结晶器保护浇注为控氮重要环节。

(4)钢包底部氩气软吹、镇静：钢包采用双透气砖，吹气强度以不裸露钢水为准，软吹、镇静时间30分钟；且精炼出站后底吹不得大搅降温。使三氧化二铝夹杂充分上浮，净化钢水。

(5)连铸：采用整体浸入式水口，钢包下渣自动检测。中包开浇氩气吹扫，双层覆盖剂(下部碱性，上部酸性)，钢包长水口保护浇注，整体浸入式水口(氧化锆内衬)，高纯镁质塞棒，结晶器液面自动控，电磁制动，钢包下渣检测；连浇钢水通过氩气保护浇注，酸溶铝与总铝差值控制≤0.002％，拉速3～ 6m/min；连铸钢包向中包保护浇注以及中包向结晶器保护浇注都是控氮重要环节。

(6)轧钢。

其中所述的石灰石包芯线，包括铁皮筒和内芯，内芯填充在铁皮筒内，所述的内芯为低硫石灰石，其成分的质量百分比为：CaO≥52％，S≤0.030％，SiO₂≤1.5％，MgO≤1.5％。

所述的石灰石包芯线具体规格可以为：线直径10mm±0.5mm；铁皮厚度1.5 mm±0.2mm；粉重80g/m±5％；铁皮重360g/m±5％。

其原理为：钢包喂入石灰石包芯线，石灰石中主要成分碳酸钙在钢水中被加热分解，生成氧化钙和二氧化碳，反应式：

CaCO₃＝(CaO)+CO₂↑

新生成的氧化钙有助于进一步脱硫可有助脱硫，反应式：

[FeS]+(CaO)＝(CaS)+[FeO]

生成的CaO，在高温下与钢水中Al₂O₃等夹杂物结合聚集，反应式：

(CaO)+(Al₂O₃)＝Ca(AlO₂)₂

钢水中原有的夹杂物以及新结合生成的夹杂物，碰撞聚集随反应生成的CO₂气泡一起上浮到钢水液面，从而起到吸附夹杂并上浮净化钢液的作用。防止连铸水口絮流，有助于低成本生产经济洁净钢。

钙处理成本8.7元/吨，石灰石包芯线比其降低70％成本，按年产500万吨钢计算：年节约成本＝500×8.7×70％＝3045万元。

以薄板坯连铸低碳(控硅)铝镇静钢(钢种H01301)生产为例。

对比例3：钢种H01301，使用的是无缝金属钙线。

为现有钙处理工艺，技术路线为：铁水→氧气顶底复吹转炉→LF精炼→钢包底部氩气软吹→钙处理→钢包底部氩气软吹→连铸→轧钢。

(2)转炉冶炼：在转炉中对铁水进行初炼，氧气顶底复吹转炉。其中采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉终点钢水[O]＜600ppm，挡渣出钢。

(3)LF精炼：出钢后进行钢包精炼加入铝脱氧剂、合金、生石灰调整钢液成分，然后氩站吹氩脱氧精炼；脱氧结束，调整氩气至软吹状态，氩气流量30m ³/h，软吹时间8min。钢水成分的质量百分比控制为：C：0.038～0.045％，Si： 0.025～0.035％，Mn：0.08～0.20％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.015～0.040 ％，余量为铁和微量的不可避免的杂质。

(7)轧钢。

实施例2

(2)氧气顶底复吹转炉：采用副枪技术、底吹氩技术，控制转炉终点钢水 [O]＜600ppm，挡渣出钢，转炉终点钢水[O]＜600ppm，减少脱氧铝的加入量，降低Al₂O₃脱氧夹杂物总量。

(3)LF精炼：调整精炼进站钢水[Al]0.030～0.060％，钢水温度≥1550℃；按8～12Kg/吨加入石灰，控制渣组成为CaO 55～60％，Al₂O₃ 35～40％；SiO₂ 3～ 4％；MgO 5～7％，碱度CaO/SiO₂数值20～26；精炼造白渣；钢水铝成分调整，配铝次数2次；喂石灰石包芯线500米(规格如实施例1)；钢水硅含量为0.025～ 0.035％；精炼出站钢水成分的质量百分比控制为：C：0.038～0.045％，Si：0.025～0.035％，Mn：0.08～0.20％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.015～0.040％，余量为铁和微量的不可避免的杂质。

(4)钢包底部氩气软吹、镇静：钢包采用双透气砖，吹气强度以不裸露钢水为准，软吹、镇静时间24分钟；且精炼出站后底吹不得大搅降温。使三氧化二铝夹杂充分上浮，净化钢水。

(5)连铸：采用整体浸入式水口，钢包下渣自动检测。中包开浇氩气吹扫，双层覆盖剂(下部碱性，上部酸性)，钢包长水口保护浇注，整体浸入式水口 (氧化锆内衬)，高纯镁质塞棒，结晶器液面自动控，电磁制动，钢包下渣检测；连浇钢水通过氩气保护浇注，酸溶铝与总铝差值控制≤0.002％，拉速3～ 6m/min；

(6)轧钢。

本发明的不含金属钙的石灰石包芯线代替金属钙包芯线喂入钢包，石灰石中主要成分碳酸钙在钢水中被加热分解，发生反应生成氧化钙和二氧化碳，新生产的氧化钙有助于进一步脱硫，并吸附捕捉三氧化二铝等夹杂物，随二氧化碳气泡上浮到钢水液面，起到在钢包精炼环节，净化钢液，防止连铸水口絮流，降低了洁净钢生产成本。其作用为下述实验结果所证实：

一、絮流发生情况比较

钢水是否会发生絮流，其关键夹杂物的是否能够真正上浮。对比例1为现有技术钙处理钢水，钙处理原有的技术目的在于：控制合适的钙铝比，生成低熔点液态12CaO·7Al₂O₃、3CaO·Al₂O₃铝酸盐，促进夹杂物上浮。但实际上，由于钙非常活泼，易于氧化，如钙成分控制不当，过多或过少，就会生成固态氧化钙或固态钙铝酸盐，起不到生成低熔点钙铝酸盐的目的；导致上浮夹杂物不充分，不仅浪费了钙处理的成本，并且也不能避免絮流的发生。

本发明技术，通过用经济便宜的石灰石包芯线代替比较贵重的实芯钙包芯线，以促进有效的夹杂物上浮，克服了现有技术中夹杂物上浮必须依赖钙处理的技术偏见。并且在工艺环节中①控制转炉终点氧含量、精炼进站铝成分和温度、渣组成和碱度；②控制底吹搅动；③控制配铝次数；④通过改良透气砖增加底吹透气性。

各组絮流发生率：对比例1为1.05％；对比例2严重絮流，水口堵死，工艺失败；对比例3为0.96％；实施例1为0.07％；实施例2为0.07％。

结果表明，喂石灰石包芯线的实施例1、2絮流发生率明显低于现有技术钙处理的对比例1～3。而仅仅去除了实芯钙包芯线的对比例2严重絮流，水口堵死，工艺失败，证实其作用在于石灰石包芯线和工艺步骤中各个环节改良的组合，而不是仅仅在于单纯的去除钙处理步骤。

二、终产品钢成分对比如下表：对比例2制备工艺失败，由于严重的絮流，水口堵塞，导致其制备无法进行，因此终产品数据缺失。

低碳(含硅)铝镇静钢(H06201)

元素％	C	Si	Mn	P	S	Alt	Ca
								对比例1	0.04424	0.19344	0.52386	0.0136	0.00077	0.01329	0.00145
实施例1	0.0416	0.18239	0.53709	0.01736	0.00181	0.01553	—

低碳(控硅)铝镇静钢(H01301)

元素％	C	Si	Mn	P	S	Alt	Ca
								对比例3	0.038420	0.031520	0.108960	0.013360	0.000420	0.031240	0.002140
实施例2	0.038820	0.032850	0.092220	0.011880	0.001810	0.030890	—

通过上表成分对比可以发现，采用石灰石包芯线处理工艺的实施例1低碳 (含硅)铝镇静钢，实施例2低碳(控硅)铝镇静钢成分稳定。

三、终产品材料理化性能比较：对比例2制备工艺失败，由于严重的絮流，水口堵塞，导致其制备无法进行，因此终产品数据缺失。

低碳(含硅)铝镇静钢(H06201)

实例对比	规格mm	屈服强度MPA	抗拉强度MPA	延伸率％	r值
						检验标准		≥235	378-500	＞26
对比例1	3.0×1500	355	434	30.5	0.82
						实施例1	3.0×1500	340	421	38.8	0.81

低碳(控硅)铝镇静钢(H01301)

实例对比	规格mm	屈服强度MPA	抗拉强度MPA	延伸率％	r值
						检验标准		≤330	270-420	≥32.0
对比例3	2.00×1500	295	375	39.5	0.79
						实施例2	2.00×1500	291	371	42.1	0.78

对比例1、3钙处理钢和实施例1、2的石灰石包芯线处理钢，其力学性能都满足钢种检验标准，通过实施例1、2得到的石灰石包芯线处理钢，延伸率高于对比例1、3工艺处理钢，r值低于对比例1、3。延伸率、r值(屈服强度/抗拉强度的比值)反映钢材的成型性能，理论上r值越小，则塑性变形越好，加工成型性能越好。说明本发明的技术方案，采用石灰石包芯线处理工艺制成的热卷板，其加工成型性能优于钙处理工艺钢。这是由于该处理工艺钢水中高熔点铝酸钙夹杂物，影响了钢板的成型性能，易发生冷弯开裂。

四、塞棒侵蚀情况对比

图1为对比例1的棒塞侵蚀图。可以看出，钙处理钢水，钙与塞棒耐材中的Al₂O₃生成低熔点铝酸盐，使塞棒头部出现明显侵蚀沟槽。这是由于钢水中发生如下反应[Ca]+[O]＝CaO，12CaO+7Al₂O₃＝12CaO7Al₂O₃，钢水中[Ca]与[O]反应生成CaO，CaO再与塞棒耐材中的Al₂O₃生成低熔点12CaO7Al₂O₃，使固态塞棒不断溶解侵蚀。当塞棒侵蚀严重时，会使钢水注流不稳，结晶器液面不稳，造成絮流、卷渣等、甚至漏钢等生产、质量安全事故。

图2为实施例1的棒塞侵蚀图。石灰石包芯线处理钢塞棒侵蚀形貌，塞棒头部相对圆滑，侵蚀程度相对减轻。因为，不含钙，不能生成低熔点铝酸盐，所以侵蚀程度轻。浇注稳定，避免絮流、卷渣、漏钢等生产、质量安全事故。

五、热卷板取样夹杂物电镜扫描结果如下：

1、夹杂物成分对比

通过上表夹杂物成分对比可发现，石灰石包芯线处理工艺下夹杂物成分主要为氧化铝夹杂，钙处理工艺的产品夹杂成分复杂，主要是高熔点钙铝酸盐，该类夹杂易大面积聚集，造成连铸机器絮流，影响生产，增加生产成本。

2、扫描电镜图片：

图3～4分别为对比例2、实施例2的夹杂物扫描电镜图片，通过对比可以发现实施例2与对比例2夹杂物尺寸相近，形状上对比例3主要为近球形，实施例2为不规则形，由于对比例2为经过钙处理工艺后夹杂中的高熔点钙铝酸盐易聚集成为大尺寸夹杂影响铸坯质量，最终影响钢材品质，导致钢材合格率下降。

六、成本比较

使用成本低廉的的石灰石包芯线代替较贵的钙实芯包芯线，降低了生产成本，钢水可浇性、成分、性能都满足标准要求，成本较同级别钢种降低8.7× 70％＝6.09元/吨。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钢包精炼用石灰石包芯线，其特征在于：包括铁皮筒和内芯，内芯填充在铁皮筒内，所述的内芯为低硫石灰石，其成分的质量百分比为：CaO≥52％，S≤0.030％，SiO2≤1.5％，MgO≤1.5％。

2.根据权利要求1所述的钢包精炼用石灰石包芯线，其特征在于：所述的包芯线具体规格为：线直径10mm±0.5mm；铁皮厚度1.5mm±0.2mm；粉重80g/m±5％；铁皮重360g/m±5％。

3.一种权利要求1所述的钢包精炼用石灰石包芯线的使用方法：其特征在于：

(1)铁水预处理将铁水硫含量降低到0.02％以下；

(2)氧气顶底复吹转炉：控制转炉终点钢水[O]＜600ppm；

(3)LF精炼：精炼进站钢水[Al]0.015～0.050％，钢水温度≥1550℃；控制渣组成为：CaO 54～60％；Al2O3 25～30％；SiO2 6～9％；MgO 5～7％，碱度CaO/SiO2数值为6～9；精炼造白渣；钢水铝成分调整，配铝次数2次；喂所述的石灰石包芯线，钢水成分的质量百分比控制为：C：0.038～0.045％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.50～0.60％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt：0.008～0.020％，余量为铁和微量的不可避免的杂质；

(4)钢包底部氩气软吹：软吹镇静时间为20～30分钟；

(5)连铸：酸溶铝与总铝差值控制≤0.002％，拉速3～6m/min；

(6)轧钢。

4.根据权利要求3所述的免钙处理镇静洁净钢生产工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，钢包采用双透气砖，吹气强度以不裸露钢水为准，且精炼出站后底吹不得大搅降温。

5.根据权利要求3所述的免钙处理镇静洁净钢生产工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，连铸采用整体浸入式水口，中包开浇氩气吹扫，双层覆盖剂，钢包长水口保护浇注，整体浸入式水口，连浇钢水通过氩气保护浇注。

6.根据权利要求5所述的免钙处理镇静洁净钢生产工艺，其特征在于：所述的双层覆盖剂为下部碱性，上部酸性。