CN109487039B - 一种基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法 - Google Patents
一种基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法。该方法包括以下步骤：将钢包运至直筒型真空精炼工位，顶升钢包；浸渍管插入钢水液面下50mm，调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧半圆周的吹氩喷嘴强吹氩，异侧吹氩喷嘴弱吹氩；浸渍管插入钢水液面下200mm，开钢包偏心底吹氩；浸渍管插入钢水液面下400～500mm，快速抽至极限真空度；微调吹氩流量，至顶渣被推向浸渍管壁弱吹一侧至最小面积；脱碳处理后，取钢水样品定氧，然后进行钢水脱氧处理并控制顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.2～2.0；破空后，钢包开出。本发明将深脱氧生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物，减少连铸钢水中Al2O3夹杂量，从而减少钢水经过中包水口浇注进结晶器的过程中Al2O3夹杂物在水口壁上粘接量，避免水口蓄流的发生。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，尤其涉及一种基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法。
背景技术
钢水中夹杂物的大小、数量和种类对产品质量起着决定性的影响，因此钢材产品提高质量的重要途径包括最大程度的降低钢水中各种夹杂物的数量，对无法去除的夹杂物进行无害化处理。对于碳含量在0.03％以下的高品质钢，钢中夹杂物的控制主要是通过LF炉精炼来进行实现；在LF炉精炼过程中，钢包顶渣与钢水间存在炉渣反应：x[Me]+y[O]＝(MexOy)，钢水与夹杂物之间存在夹杂物反应：x[Me]+y[O]＝(MexOy)，当这两个反应接近平衡时，则
由此可以推导出，
钢中夹杂物的类型由钢包顶渣渣系组成决定，这就是LF炉精炼过程通过钢包顶渣来无害化处理钢水中夹杂物的基本原理。譬如日本在冶炼轴承钢时精炼渣系为：CaO：70％，Al2O3:20％，SiO2：10％，阀门弹簧钢精炼渣系：CaO：50％，Al2O3：5％，SiO2：45％。申请号为CN201310013884.X的专利公开了“一种控制高强度低合金钢中低熔点夹杂物的方法”，精炼过程中，钢包顶渣碱度范围为3～6；精炼渣系CaO：50％～65％、MgO：6％～12％、Al2O3：13％～26％、SiO2：9％～19％、(FeO+MnO)<0.5％。
对于碳含量≤0.0050％的超低碳钢主要采用RH炉真空精炼生产，抽真空利用碳氧反应进行深脱碳，脱碳结束后通过加入金属铝或铝基脱氧剂深脱氧，脱氧产生的Al2O3夹杂物通过精炼后期的净循环促进夹杂物碰撞长大后上浮去除。RH真空室内钢水上方的还原性顶渣中FetO的含量低、碱度高，在RH精炼过程中，还原性顶渣相对“静止”，钢水与还原性顶渣基本不发生搅拌混合，渣金反应无法进行，因此无法利用真空室内的还原性顶渣将钢水中的Al2O3夹杂物球化变性为低熔点的钙铝酸盐夹杂，钢水中的固态Al2O3夹杂物在RH真空精炼后的连铸过程容易碰撞长大成大尺寸夹杂物，在钢水经过中包水口浇注进结晶器的过程中Al2O3夹杂物容易粘接在水口壁上，导致水口蓄流。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提出一种基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法，该方法利用直筒型浸渍管壁插入钢水部分周向均匀分布的侧吹孔大气量强吹氩，驱动钢液由直筒型浸渍管内壁附近上升，由直筒型浸渍管中心区域下降，并且向钢水中加入石灰和Al2O3基渣料来调整真空室内顶渣渣系中CaO和Al2O3的比值为1.2～2.0，利用低FetO含量、高碱度的还原性顶渣与钢水的充分搅拌发生的渣金反应，将深脱氧反应生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物Al2O3.CaO及7Al2O3.12CaO，减少连铸过程钢水中Al2O3夹杂的数量，减少钢水经过中包水口浇注进结晶器的过程中Al2O3夹杂物在水口壁上粘接量，从而避免水口蓄流的发生。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案，包括以下步骤：
(1)转炉出钢完毕后，将装有未脱氧钢水的偏心底吹钢包调运至直筒型真空精炼装置工位，缓慢顶升钢包，钢包中顶渣渣面漫过浸渍管下沿后缓慢抽真空，将钢包顶渣部分吸入真空室；
(2)缓慢顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下50mm，浸渍管壁上按圆周布置的吹氩喷嘴开始吹氩，并调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧半圆周的吹氩喷嘴均匀强吹，吹氩总流量10～40NL/t.min；调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴异侧半圆周的吹氩喷嘴均匀弱吹，吹氩总流量1～5NL/t.min；
(3)快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下200mm，打开钢包偏心底吹喷嘴进行偏心底吹氩，吹氩流量为2～20NL/t.min；
(4)继续快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下400～500mm，快速抽真空至极限真空度；
(5)根据真空室中钢水液面顶渣流动状况，微调钢包偏心底吹氩流量，微调浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧的半圆周的吹氩喷嘴的吹氩流量，直至真空室中的顶渣被推向浸渍管壁弱吹一侧至最小面积；
(6)保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，对钢水进行脱碳处理；
(7)脱碳结束后，取钢水样品定氧，然后进行钢水脱氧处理以及真空室内顶渣渣系中CaO和Al2O3比值控制；
(8)钢水循环5-8min破空；破空前，调整浸渍管壁的吹氩喷嘴的吹氩总流量为1NL/t.min，关闭钢包底吹；
(9)破空后，钢包开出直筒型真空精炼装置工位。
优选地，第一种实施方式，所述步骤(7)具体为：脱碳结束后，取钢水样品定活度氧，a.根据冶炼钢种的[Al]含量要求计算脱氧所需加入金属铝和铝基脱氧剂的量，再按照渣中CaO/Al2O3＝1.2～2.0计算需要加入的石灰或Al2O3基渣料的量；b.保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓向真空室钢水中加入金属铝和铝基脱氧剂，循环3-5min后；c.由高位料仓向真空室钢水中加入石灰或Al2O3基渣料，保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为15～60NL/t.min。
优选地，第二种实施方式，所述步骤(7)具体为：脱碳结束后，取钢水样品定活度氧，a.根据冶炼钢种的[Al]含量要求计算脱氧所需加入金属铝和铝基脱氧剂的量，再按照渣中CaO/Al2O3＝1.2～2.0计算需要加入的石灰或Al2O3基渣料的量；b.保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓先向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料，然后再向真空室钢水中加入金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环3-5min后；c.保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为15～60NL/t.min。
优选地，第三种实施方式，所述步骤(7)具体为：脱碳结束后，取钢水样品定活度氧，a.根据冶炼钢种的[Al]含量要求计算脱氧所需加入金属铝和铝基脱氧剂的量，再按照渣中CaO/Al2O3＝1.2～2.0计算需要加入的石灰或Al2O3基渣料的量；b.保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料以及金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环3-5min；c.保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为15～60NL/t.min
所述浸渍管壁上的一半圆周的吹氩喷嘴强吹、一半圆周的吹氩喷嘴弱吹，改变为浸渍管壁上的整个圆周的吹氩喷嘴均匀强吹，使得聚集的还原性顶渣分散开来，打破还原性顶渣相对“静止”的状态，从而钢水与还原性顶渣发生搅拌混合，促进深脱氧反应生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物Al2O3.CaO及7Al2O3.12CaO。
本发明所述基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法，该方法利用直筒型浸渍管壁插入钢水部分周向均匀分布的侧吹孔大气量强吹氩，驱动钢液由直筒型浸渍管内壁附近上升，由直筒型浸渍管中心区域下降，并且向钢水中加入石灰或Al2O3基渣料，调整真空处理钢液表面顶渣CaO/Al2O3为1.2～2.0，利用低FetO含量、高碱度的还原性顶渣与钢水的充分搅拌发生的渣金反应，将深脱氧反应生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物Al2O3.CaO及7Al2O3.12CaO，减少连铸过程钢水中Al2O3夹杂的数量，减少钢水经过中包水口浇注进结晶器的过程中Al2O3夹杂物在水口壁上粘接量，从而避免水口蓄流的发生。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以实例方式来具体说明本发明所述基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法的特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。
实施例1
本实施例采用以下方案，包括以下步骤：
(1)转炉终点钢水量为119.5吨，温度为1635℃，钢水中[C]：0.038％，a[O]：762ppm，出钢不脱氧，出钢过程钢包底吹氩；出钢完毕后，将钢包调运至直筒型真空精炼装置工位，缓慢顶升钢包，钢包中顶渣渣面漫过浸渍管下沿，然后缓慢抽真空将钢包顶渣吸入真空室，时间为1min，真空室压强保持在15000Pa；再开启浸渍管壁上按圆周均匀布置的吹氩喷嘴，各喷嘴吹氩流量相等，总吹氩流量为3NL/t.min；
(2)缓慢顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下50mm，调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧半圆周的吹氩喷嘴均匀强吹，吹氩总流量15NL/t.min；调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴异侧半圆周的吹氩喷嘴均匀弱吹，吹氩总流量1NL/t.min；
(3)快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下200mm，打开钢包偏心底吹喷嘴进行偏心底吹氩，吹氩流量为25NL/t.min；
(4)继续快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下400mm，快速抽真空，2min至极限真空度73Pa；
(5)保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量18min，对钢水进行脱碳处理；
(6)脱碳结束后，进行钢水定氧，确定钢水中a[O]：500ppm，计算出每吨钢水脱氧需加入的铝粒的量为2.8kg，计算每吨钢水脱氧将产生Al2O3的量为5.3kg；根据每吨钢水脱氧将产生Al2O3的量以及顶渣渣系中CaO和Al2O3的量，计算出调整真空室内顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.2～2.0每吨钢水需加入的石灰的量为8kg；保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓向真空室钢水中加入金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环5min后；由高位料仓向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料，保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为28NL/t.min；
(7)钢水循环6min破空，真空室内钢包顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.32，从而促进深脱氧反应生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物Al2O3.CaO及7Al2O3.12CaO；破空前，调整浸渍管壁的吹氩喷嘴的吹氩总流量为1NL/t.min，关闭钢包底吹；
(9)破空后，钢包开出直筒型真空精炼装置工位。
实施例2
本实施例采用以下方案，包括以下步骤：
(1)转炉终点钢水量为121.3吨，温度为1629℃，钢水中[C]：0.038％，a[O]：762ppm，出钢不脱氧，出钢过程钢包底吹氩；出钢完毕后，将钢包调运至直筒型真空精炼装置工位，缓慢顶升钢包，钢包中顶渣渣面漫过浸渍管下沿，然后缓慢抽真空将钢包顶渣吸入真空室，时间为1.5min，真空室压强保持在14000Pa；再开启浸渍管壁上按圆周均匀布置的吹氩喷嘴，各喷嘴吹氩流量相等，总吹氩流量为3NL/t.min；
(2)缓慢顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下50mm，调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧半圆周的吹氩喷嘴均匀强吹，吹氩总流量15NL/t.min；调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴异侧半圆周的吹氩喷嘴均匀弱吹，吹氩总流量1NL/t.min；
(3)快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下200mm，打开钢包偏心底吹喷嘴进行偏心底吹氩，吹氩流量为15NL/t.min；
(4)继续快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下400mm，快速抽真空，2min至极限真空度73Pa；
(5)保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量15min，对钢水进行脱碳处理；
(6)脱碳结束后，进行钢水，确定钢水中a[O]：450ppm，计算出每吨钢水脱氧需加入的铝粒的量为2.6kg，计算每吨钢水脱氧将产生Al2O3的量为4.5kg；根据每吨钢水脱氧将产生Al2O3的量以及顶渣渣系中CaO和Al2O3的量，计算出调整真空室内顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.2～2.0每吨钢水需加入的石灰的量为7.5kg；保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓先向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料，然后再向真空室钢水中加入金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环4min后；保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为45NL/t.min；
(8)钢水循环8min破空，真空室内钢包顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.69，从而促进深脱氧反应生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物Al2O3.CaO及7Al2O3.12CaO；破空前，调整浸渍管壁的吹氩喷嘴的吹氩总流量为1NL/t.min，关闭钢包底吹；
(9)破空后，钢包开出直筒型真空精炼装置工位。
实施例3
本实施例采用以下方案，包括以下步骤：
(1)转炉终点钢水量为120.8吨，温度为1640℃，钢水中[C]：0.035％，a[O]：728ppm，出钢不脱氧，出钢过程钢包底吹氩；出钢完毕后，将钢包调运至直筒型真空精炼装置工位，缓慢顶升钢包，钢包中顶渣渣面漫过浸渍管下沿，然后缓慢抽真空将钢包顶渣吸入真空室，时间为2min，真空室真空度保持在20000Pa；再开启浸渍管壁上按圆周均匀布置的吹氩喷嘴，各喷嘴吹氩流量相等，总吹氩流量为3NL/t.min；
(2)缓慢顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下50mm，调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧半圆周的吹氩喷嘴均匀强吹，吹氩总流量15NL/t.min；调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴异侧半圆周的吹氩喷嘴均匀弱吹，吹氩总流量1NL/t.min；
(3)快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下200mm，打开钢包偏心底吹喷嘴进行偏心底吹氩，吹氩流量为22NL/t.min；
(4)继续快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下400mm，快速抽真空，2min至极限真空度86Pa；
(5)保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量15min，对钢水进行脱碳处理；
(7)脱碳结束后，进行钢水定氧，确定钢水中a[O]：480ppm，计算出每吨钢水脱氧需加入的铝粒的量为2.6kg，计算每吨钢水脱氧将产生Al2O3的量为4.5kg；根据每吨钢水脱氧将产生Al2O3的量以及顶渣渣系中CaO和Al2O3的量，计算出调整真空室内顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.2～2.0每吨钢水需加入的石灰的量为7.8kg；保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料以及金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环6min后；保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为55NL/t.min；
(8)钢水循环8min破空，真空室内钢包顶渣渣系中CaO/Al2O3＝1.26，从而促进深脱氧反应生成的Al2O3夹杂变性为钙铝酸盐低熔点夹杂物Al2O3.CaO及7Al2O3.12CaO；破空前，调整浸渍管壁的吹氩喷嘴的吹氩总流量为1NL/t.min，关闭钢包底吹；
(9)破空后，钢包开出直筒型真空精炼装置工位。
实施例1～3的精炼结果为：精炼终点碳含量0.0008～0.0014％，钢包顶渣最终成分主要为28～35％的Al2O3、6.3～8.5％的SiO2、39.2～48.6％的CaO和0.5～1.5％的FetO，钢中夹杂物的平均成分为：46％CaO，3％MgO，32％Al2O3，7％SiO2钙铝酸盐球状夹杂物比率为60％-73％；Al2O3夹杂物比率为10-16％％，大量夹杂物进入了低熔点夹杂物成分区域。
Claims (4)
1.一种基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)转炉出钢完毕后，将装有未脱氧钢水的偏心底吹钢包调运至直筒型真空精炼装置工位，缓慢顶升钢包，钢包中顶渣渣面漫过浸渍管下沿后缓慢抽真空，将钢包顶渣部分吸入真空室；
(2)缓慢顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下50mm，浸渍管壁上按圆周布置的吹氩喷嘴开始吹氩，并调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧半圆周的吹氩喷嘴均匀强吹，吹氩总流量10～40NL/t.min；调整浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴异侧半圆周的吹氩喷嘴均匀弱吹，吹氩总流量1～5NL/t.min；
(3)快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下200mm，打开钢包偏心底吹喷嘴进行偏心底吹氩，吹氩流量为2～20NL/t.min；
(4)继续快速顶升钢包至浸渍管插入钢包中钢水液面下400～500mm，快速抽真空至极限真空度；
(5)根据真空室中钢水液面顶渣流动状况，微调钢包偏心底吹氩流量，微调浸渍管壁上与钢包偏心底吹喷嘴同侧的半圆周的吹氩喷嘴的吹氩流量，直至真空室中的顶渣被推向浸渍管壁弱吹一侧至最小面积；
(6)保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，对钢水进行脱碳处理；
(7)脱碳结束后，取钢水样品定氧，然后进行钢水脱氧处理以及真空室内顶渣渣系中CaO和Al2O3比值控制；
(8)钢水循环5-8min破空；破空前，调整浸渍管壁的吹氩喷嘴的吹氩总流量为1NL/t.min，关闭钢包底吹；
(9)破空后，钢包开出直筒型真空精炼装置工位。
2.根据权利要求1所述基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法，其特征在于，所述步骤(7)具体为：脱碳结束后，取钢水样品定活度氧，a.根据冶炼钢种的[Al]含量要求计算脱氧所需加入金属铝和铝基脱氧剂的量，再按照渣中CaO/Al2O3＝1.2～2.0计算需要加入的石灰或Al2O3基渣料的量；b.保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓向真空室钢水中加入金属铝和铝基脱氧剂，循环3-5min后；c.由高位料仓向真空室钢水中加入石灰或Al2O3基渣料，保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为15～60NL/t.min。
3.根据权利要求1所述基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法，其特征在于，所述步骤(7)具体为：脱碳结束后，取钢水样品定活度氧，a.根据冶炼钢种的[Al]含量要求计算脱氧所需加入金属铝和铝基脱氧剂的量，再按照渣中CaO/Al2O3＝1.2～2.0计算需要加入的石灰或Al2O3基渣料的量；b.保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓先向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料，然后再向真空室钢水中加入金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环3-5min后；c.保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为15～60NL/t.min。
4.根据权利要求1所述基于直筒型真空精炼装置控制超低碳钢中夹杂物的方法，其特征在于，所述步骤(7)具体为：脱碳结束后，取钢水样品定活度氧，a.根据冶炼钢种的[Al]含量要求计算脱氧所需加入金属铝和铝基脱氧剂的量，再按照渣中CaO/Al2O3＝1.2～2.0计算需要加入的石灰或Al2O3基渣料的量；b.保持钢包偏心底吹喷嘴的吹氩流量以及浸渍管壁上吹氩喷嘴的吹氩流量，由高位料仓向真空室钢水中加入石灰和Al2O3基渣料以及金属铝和铝基脱氧剂，钢水循环3-5min；c.保持钢包偏心底吹氩流量，调整浸渍管壁下沿分段独立控制流量的吹氩小孔流量至相等的大流量吹氩，总流量为15～60NL/t.min。
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2018
- 2018-11-27 CN CN201811427101.1A patent/CN109487039B/zh active Active
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