CN108559905A - 高硅非晶用原料纯铁及其生产方法 - Google Patents

高硅非晶用原料纯铁及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硅非晶用原料纯铁及其生产方法，其成分及其质量百分含量为：C≤0.0050%，Si 0.6～1.0%，Mn≤0.06%，S≤0.006%，Al≤0.004%，Ti≤0.003%，O≤0.006%，N≤0.0060%，余量为Fe和不可避免的杂质。本原料纯铁高硅、低硫、低锰，具有高品质的特点，能满足生产非晶材料的应用。本方法利用现有装备依据脱硫、脱碳、脱氧、合金化等理论进行设计，采用脱硫→转炉→LF炉→RH炉→连铸的工艺路线，生产出高品质的高硅非晶用原料纯铁，具有成本低、产品品质高的特点。

Description

高硅非晶用原料纯铁及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼生产技术领域，尤其是一种高硅非晶用原料纯铁及其生产方法。
背景技术
非晶材料被誉为“双绿色”新材料，非晶合金变压器被誉为“没有发电机的绿色发电厂”。与传统硅钢相比，空载节能约60％～80％，运行能耗和运行费用也大大低于硅钢变压器。目前市场上部分使用高硅含量的原料纯铁作为熔炼原材料。
国内钢铁行业供方一般采用成分符合要求的板坯进行火焰切割后，获得满足客户要求尺寸的产品；很少使用方坯进行此类钢种生产。非晶材料的产品要求其原料纯铁具有较低的碳、锰、硫、铝、钛等元素，要求氧、氮含量较低，要求硅含量较高。对此，主要解决难点：1）获得成分符合要求的产品；2）获得氧氮含量符合要求的产品；3）方坯生产高硅非晶钢水口结瘤问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高品质的高硅非晶用原料纯铁；本发明还提供了一种高硅非晶用原料纯铁的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明成分及其质量百分含量为：C≤0.0050%，Si 0.6～1.0%，Mn≤0.06%，S≤0.006%，Al≤0.004%，Ti≤0.003%，O≤0.006%，N≤0.0060%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述原料纯铁的板材为方坯。
本发明方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼和连铸工序；
所述LF炉精炼工序：精炼加热过程中加入石灰2～4kg/t钢水，加热升温至1640～1670℃；加热完毕进行定氧操作，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂以使FeO≤5wt%；
所述RH炉精炼工序：钢水进站后进行定氧操作，根据钢水成分，按照脱碳0.01wt%、脱硅0.01wt%分别消耗8～10m3氧气进行补吹氧操作；采用全泵处理模式进行脱碳，最低真空度＜120Pa；脱碳结束后，从RH炉高仓加入硅铁10～15kg/t钢水进行脱氧，合金化，合金化后纯循环5～10min后进行定氧。
本发明方法所述铁水脱硫工序：铁水经喷吹颗粒镁处理进行脱硫，使铁水中S≤0.006wt%。
本发明方法所述转炉冶炼工序：出钢钢水中C≤0.04wt%，P≤0.010wt%，S≤0.006wt%，出钢时间≥3min；出钢过程中向钢包内加入石灰2～3kg/t钢水。
本发明方法所述连铸工序：采用全程保护模式进行浇注。
本发明方法所述LF炉精炼工序，向渣面加入钢包渣改质剂1～2kg/t钢水。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明高硅、低硫、低锰，具有高品质的特点，能满足生产非晶材料的应用。
本发明方法利用现有装备依据脱硫、脱碳、脱氧、合金化等理论进行设计，采用脱硫→转炉→LF炉→RH炉→连铸的工艺路线，生产出高品质的高硅非晶用原料纯铁，具有成本低、产品品质高的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法的生产流程为：铁水脱硫→混铁炉→转炉冶炼→LF炉精炼→RH炉精炼→连铸；各工序工艺如下所述：
（1）铁水脱硫工序：通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn≤0.25wt%；高炉铁水经喷吹颗粒镁处理进行脱硫，使铁水中S≤0.006wt%。
（2）混铁炉：将脱硫铁水兑入混铁炉，按照生产节奏需求，按约75吨/包给转炉提供脱硫铁水。
（3）转炉冶炼工序：脱硫铁水兑入转炉后进行冶炼；转炉拉碳温度≤1560℃，低温脱锰，保证终点Mn≤0.06wt%；出钢钢水成分重量百分含量为：C≤0.04%，P≤0.010%，S≤0.006%，出钢时间≥3min；出钢过程中向钢包内加入石灰2～3kg/t；转炉补吹≤2次，出钢量一半时再加铝脱氧；实现连铸工序浇注的钢水内氮含量≤0.0060wt%。
（4）LF炉精炼工序：转炉出钢后钢水进LF炉精炼，加热过程中加入石灰2～4kg/t，升温至1640～1670℃；加热完毕进行定氧操作，关闭钢包底吹气，向渣面加入常规的钢包渣改质剂1～2kg/t钢水，保证终渣脱氧情况良好，炉渣（终渣）内FeO≤5wt%。
（5）RH炉精炼工序：LF炉出站的钢水进RH炉进行脱碳、脱气、合金化操作。钢水进站后进行定氧操作，根据钢水成分，按照脱碳0.01wt%、脱硅0.01wt%分别消耗8～10m3氧气进行补吹氧操作，采用全泵处理模式进行脱碳，最低真空度＜120Pa；脱碳结束后定氧，符合要求后，从RH炉高仓加入优质硅铁10～15kg/t钢水进行合金化，合金化后纯循环5～10min进行定氧、取样，满足要求后组织钢水离站；RH炉残氧≤550ppm，上机氧含量（定氧）≤35ppm；保证成分符合条件情况下满足全氧≤0.006wt%。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，钢水成分质量百分含量为：C≤0.0050%，Si 0.6～1.0%，Mn≤0.06%，S≤0.006%，Al≤0.004%，Ti≤0.003%，O≤0.006%，N≤0.0060%，余量为Fe和不可避免的杂质。
（7）上述工艺中：A）通过颗粒镁脱硫实现S≤0.006%；通过控制铁水锰及转炉吹炼操作实现Mn≤0.06%，通过使用硅铁替代铝进行RH炉脱氧，添加优质合金实现Al≤0.004%、Ti≤0.003%。B）通过控制RH炉残氧量实现氧含量≤0.006%，通过控制转炉终点及出钢脱氧实现氮含量≤0.0060%。C）通过LF炉炉渣改制操作，即向渣面加入钢包渣改质剂以使FeO≤5wt%。
实施例1：本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法具体如下所述。
（1）通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn 0.22%；高炉铁水中硫0.032%，按0.74kg/t铁水消耗喷吹颗粒镁，将铁水中硫脱至0.004%。
（2）混铁炉：将脱硫后的铁水兑入混铁炉，根据生产节奏，出铁74.6吨，兑入转炉。
（3）转炉工序：转炉入炉铁水成分：C 4.073%、Si 0.361%、Mn 0.278%、P 0.13%、S0.004%。转炉拉碳温度1560℃，低温脱锰，终点Mn 0.052%。出钢温度1607℃，采用“挡渣锥+滑板”挡渣，转炉终渣碱度2.9，钢水量81.2t。出钢时间3.5min；出钢过程向钢包加入顶渣石灰2.7kg/t。转炉补吹2次，出钢量一半时加铝脱氧。出钢钢水成分重量百分百为：C 0.04%，P0.0076%，S 0.0057%，Mn 0.052%。
（4）LF炉工序：转炉出钢后钢水进LF炉，加热过程中加入石灰2.8kg/t，升温至1640℃，定氧647.6ppm，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂1kg/t，炉渣FeO 3.2%。钢水成分重量百分百为：C 0.0376%，P 0.0084%，S 0.0055%，Mn 0.0561%。
（5）RH炉工序：LF炉出站的钢水进RH炉，测温1630℃，定氧552ppm，根据LF炉离站成分，按照脱碳0.01%、脱硅0.01%分别消耗9m3氧气进行补吹氧操作；启动真空泵全脱碳处理，真空度110Pa，脱碳时间9min。脱碳结束后，残氧含量465ppm；从RH炉高仓加入优质硅铁12kg/t进行脱氧合金化。合金化后保持纯循环8min，定氧33ppm，取样，钢水成分重量百分百为：C 0.0014%，Si 0.74%，S 0.0047%，Mn 0.044%，Al 0.0025%，Ti 0.0029%。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，浇注中期取样成品样及气体样进行检验，由于中包增碳，钢水成分重量百分百为：C 0.0026%，Si0.73%，Mn 0.04%，S 0.005%，Al 0.0023%，Ti 0.0028%，O 0.0040%，N 0.0035%。
实施例2：本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法具体如下所述。
（1）通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn 0.25%；高炉铁水硫0.038%，按0.90kg/tFe消耗喷吹颗粒镁，将铁水硫脱至0.004%。
（2）混铁炉：将脱硫后的铁水兑入混铁炉，根据生产节奏，出铁73.9吨，兑入转炉。
（3）转炉工序：转炉入炉铁水成分：C 4.09%、Si 0.322%、Mn 0.256%、P 0.13%、S0.004%。转炉拉碳温度1555℃，低温脱锰，终点Mn 0.058%。出钢温度1595℃，采用“挡渣锥+滑板”挡渣，转炉终渣碱度3.0，钢水量80.3t。出钢时间4min；出钢过程向钢包加入顶渣石灰2.3kg/t。转炉补吹2次，出钢量一半时加铝脱氧。出钢钢水成分重量百分百为：C 0.04%，P0.0067%，S 0.0059%，Mn 0.058%。
（4）LF炉工序：转炉出钢后钢水进LF炉，加热过程中加入石灰3.7kg/t，升温至1655℃，定氧550.3ppm，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂1.8kg/t，炉渣FeO 1.5%。钢水成分重量百分百为：C 0.0355%，P 0.0071%，S 0.0055%，Mn 0.061%。
（5）RH炉工序：LF炉出站的钢水进RH炉，测温1642℃，定氧426ppm，根据LF炉离站成分，按照脱碳0.01%、脱硅0.01%分别消耗10m3氧气进行补吹氧操作；启动真空泵全脱碳处理，真空度109Pa，脱碳时间9min。脱碳结束后，定氧405ppm。从RH炉高仓加入优质硅铁11kg/t进行脱氧合金化。合金化后保持纯循环7min，定氧29.3ppm，取样，钢水成分重量百分百为：C 0.0012%，Si 0.74%，S 0.0052%，Mn 0.049%，Al 0.0020%，Ti 0.0025%。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，浇注中期取样成品样及气体样进行检验，钢水成分重量百分百为：C 0.0027%，Si 0.739%，Mn0.05%，S 0.006%，Al 0.0023%，Ti 0.0028%，O 0.0033%，N 0.0030%。
实施例3：本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法具体如下所述。
（1）通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn 0.21%；高炉铁水硫0.029%，按0.69kg/tFe消耗喷吹颗粒镁，将铁水硫脱至0.004%。
（2）混铁炉：将脱硫后的铁水兑入混铁炉，根据生产节奏，出铁75.3吨，兑入转炉。
（3）转炉工序：转炉入炉铁水成分：C 3.812%、Si 0.396%、Mn 0.281%、P 0.13%、S0.004%。转炉拉碳温度1558℃，低温脱锰，终点Mn 0.060%。出钢温度1590℃，采用“挡渣锥+滑板”挡渣，转炉终渣碱度3.0，钢水量81.6t。出钢时间3min；出钢过程向钢包加入顶渣石灰2.5kg/t。转炉补吹1次，出钢量一半时加铝脱氧。出钢钢水成分重量百分百为：C 0.036%，P0.0065%，S 0.0052%，Mn 0.06%。
（4）LF炉工序：转炉出钢后钢水进LF炉，加热过程中加入石灰2.4kg/t，升温至1652℃，定氧580ppm，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂1.4kg/t，炉渣FeO 2.2%。钢水成分重量百分百为：C 0.035%，P 0.007%，S 0.005%，Mn 0.052%。
（5）RH炉工序：LF炉出站的钢水进RH炉，测温1625℃，定氧552ppm，根据LF炉离站成分，按照脱碳0.01%、脱硅0.01%分别消耗8.5m3氧气进行补吹氧操作；启动真空泵全脱碳处理，真空度98Pa，脱碳时间10min。脱碳结束后，定氧385ppm。从RH炉高仓加入优质硅铁14kg/t进行脱氧合金化。合金化后保持纯循环5min，定氧28.3ppm，取样，钢水成分重量百分百为：C 0.0016%，Si 0.83%，S 0.0054%，Mn 0.0434%，Al 0.0036%，Ti 0.0025%。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，浇注中期取样成品样及气体样进行检验，钢水成分重量百分百为：C 0.0029%，Si 0.807%，Mn0.04%，S 0.005%，Al 0.0033%，Ti 0.0022%，O 0.0030%，N 0.0033%。
实施例4：本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法具体如下所述。
（1）通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn 0.24%；高炉铁水经喷吹颗粒镁处理进行脱硫，将铁水中硫脱至0.005%。
（2）混铁炉：将脱硫后的铁水兑入混铁炉，根据生产节奏，出铁74.9吨，兑入转炉。
（3）转炉工序：脱硫铁水兑入转炉后进行冶炼；转炉拉碳温度1550℃，低温脱锰，终点Mn 0.054%。出钢时间4.1min；出钢过程向钢包加入顶渣石灰2.0kg/t。转炉补吹2次，出钢量一半时加铝脱氧。出钢钢水成分重量百分百为：C 0.032%，P 0.0010%，S 0.0054%，Mn0.054%。
（4）LF炉工序：转炉出钢后钢水进LF炉，加热过程中加入石灰4.0kg/t，升温至1660℃，定氧，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂1.2kg/t，炉渣FeO 5.0%。
（5）RH炉工序：LF炉出站的钢水进RH炉进行脱碳、脱气、合金化操作。根据LF炉离站成分，按照脱碳0.01%、脱硅0.01%分别消耗8.5m3氧气进行补吹氧操作；启动真空泵全脱碳处理，真空度118Pa，脱碳时间10min。脱碳结束后，残氧含量429ppm。从RH炉高仓加入优质硅铁10kg/t进行脱氧合金化。合金化后保持纯循环6min，定氧28.6ppm，取样。钢水成分重量百分百为：C 0.0019%，Si 0.60%，S 0.0055%，Mn 0.0451%，Al 0.0031%，Ti 0.0021%。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，浇注中期取样成品样及气体样进行检验，钢水成分重量百分百为：C 0.0037%，Si 0.60%，Mn0.04%，S 0.005%，Al 0.0029%，Ti 0.0020%，O 0.0043%，N 0.0060%。
实施例5：本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法具体如下所述。
（1）通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn 0.23%；高炉铁水经喷吹颗粒镁处理进行脱硫，将铁水中硫脱至0.006%。
（2）混铁炉：将脱硫后的铁水兑入混铁炉，根据生产节奏，出铁，兑入转炉。
（3）转炉工序：脱硫铁水兑入转炉后进行冶炼；转炉拉碳温度1552℃，低温脱锰，终点Mn 0.055%。出钢时间3.5min；出钢过程向钢包加入顶渣石灰3.0kg/t。转炉补吹2次，出钢量一半时加铝脱氧。出钢钢水成分重量百分百为：C 0.038%，P 0.0082%，S 0.0060%，Mn0.055%。
（4）LF炉工序：转炉出钢后钢水进LF炉，加热过程中加入石灰3.0kg/t，升温至1670℃，定氧，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂1.5kg/t，炉渣FeO 3.7%。
（5）RH炉工序：LF炉出站的钢水进RH炉进行脱碳、脱气、合金化操作。根据LF炉离站成分，按照脱碳0.01%、脱硅0.01%分别消耗9.5m3氧气进行补吹氧操作；启动真空泵全脱碳处理，真空度112Pa，脱碳时间8min。脱碳结束后，定氧550ppm。从RH炉高仓加入优质硅铁15kg/t进行脱氧合金化。合金化后保持纯循环10min，定氧35ppm、取样。钢水成分重量百分百为：C 0.0032%，Si 0.91%，S 0.0054%，Mn 0.051%，Al 0.0040%，Ti 0.0030%。。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，浇注中期取样成品样及气体样进行检验，钢水成分重量百分百为：C 0.0050%，Si 0.91%，Mn0.05%，S 0.004%，Al 0.0040%，Ti 0.0030%，O 0.0060%，N 0.0045%。
实施例6：本高硅非晶用原料纯铁及其生产方法具体如下所述。
（1）通过高炉原料控制及出铁过程加氧化铁皮球，保证铁水Mn 0.24%；高炉铁水经喷吹颗粒镁处理进行脱硫，将铁水中硫脱至0.005%。
（2）混铁炉：将脱硫后的铁水兑入混铁炉，根据生产节奏，出铁，兑入转炉。
（3）转炉工序：脱硫铁水兑入转炉后进行冶炼；转炉拉碳温度1556℃，低温脱锰，终点Mn 0.056%。出钢时间4min；出钢过程向钢包加入顶渣石灰2.4kg/t。转炉补吹1次，出钢量一半时加铝脱氧。出钢钢水成分重量百分百为：C 0.035%，P 0.0079%，S 0.0048%，Mn0.056%。
（4）LF炉工序：转炉出钢后钢水进LF炉，加热过程中加入石灰2.0kg/t，升温至1665℃，定氧，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂2.0kg/t，炉渣FeO 4.6%。
（5）RH炉工序：LF炉出站的钢水进RH炉进行脱碳、脱气、合金化操作。根据LF炉离站成分，按照脱碳0.01%、脱硅0.01%分别消耗8m3氧气进行补吹氧操作；启动真空泵全脱碳处理，真空度105Pa，脱碳时间9min。脱碳结束后，定氧321ppm。从RH炉高仓加入优质硅铁14kg/t进行脱氧合金化。合金化后保持纯循环6min，定氧27.6ppm，取样。钢水成分重量百分百为：C 0.0018%，Si 0.95%，S 0.0054%，Mn 0.059%，Al 0.0036%，Ti 0.0029%。
（6）连铸工序：RH炉出站的钢水吊至连铸机，采用全程保护模式进行浇注，浇注中期取样成品样及气体样进行检验，钢水成分重量百分百为：C 0.0025%，Si 1.0%，Mn 0.06%，S 0.005%，Al 0.0035%，Ti 0.0027%，O 0.0046%，N 0.0038%。

Claims (7)

1.一种高硅非晶用原料纯铁，其特征在于，其成分及其质量百分含量为：C≤0.0050%，Si 0.6～1.0%，Mn≤0.06%，S≤0.006%，Al≤0.004%，Ti≤0.003%，O≤0.006%，N≤0.0060%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高硅非晶用原料纯铁，其特征在于：所述原料纯铁的钢坯为方坯。
3.权利要求1所述高硅非晶用原料纯铁的生产方法，其特征在于：其包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉精炼和连铸工序；
所述LF炉精炼工序：精炼加热过程中加入石灰2～4kg/t钢水，加热升温至1640～1670℃；加热完毕进行定氧操作，关闭钢包底吹气，向渣面加入钢包渣改质剂以使FeO≤5wt%；
所述RH炉精炼工序：钢水进站后进行定氧操作，根据钢水成分，按照脱碳0.01wt%、脱硅0.01wt%分别消耗8～10m3氧气进行补吹氧操作；采用全泵处理模式进行脱碳，最低真空度＜120Pa；脱碳结束后，从RH炉高仓加入硅铁10～15kg/t钢水进行脱氧，合金化，合金化后纯循环5～10min后进行定氧。
4.根据权利要求3所述的高硅非晶用原料纯铁的生产方法，其特征在于，所述铁水脱硫工序：铁水经喷吹颗粒镁处理进行脱硫，使铁水中S≤0.006wt%。
5.根据权利要求3所述的高硅非晶用原料纯铁的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序：出钢钢水中C≤0.04wt%、P≤0.010wt%、S≤0.006wt%，出钢时间≥3min；出钢过程中向钢包内加入石灰2～3kg/t钢水。
6.根据权利要求3所述的高硅非晶用原料纯铁的生产方法，其特征在于，所述连铸工序：采用全程保护模式进行浇注。
7.根据权利要求3－6任意一项所述的高硅非晶用原料纯铁的生产方法，其特征在于：所述LF炉精炼工序，向渣面加入钢包渣改质剂1～2kg/t钢水。
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