CN109576441A - 一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的rh精炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，通过控制夹杂物改质剂的成分、加入时机、加入量和加入方式，配合RH精炼过程中的真空制度控制和工艺调整，实现三氧化二铝夹杂表面完全覆盖或局部覆盖2Al₂O₃·CaO和6Al₂O₃·CaO，其变性形式为表面变性或表面局部变性。基于控制RH精炼的真空度，可提高改质剂的收得率，减少改质剂导致的钢液污染问题。在不影响精炼工艺和周期的基础上，改善了钢液中三氧化二铝夹杂的表面润湿性。有利于缓解连铸过程的水口结瘤问题，避免由此导致的液面异常波动问题；有利于缓解三氧化二铝夹杂在钢水凝固过程中的聚集问题，进而提高钢水洁净度，提高低碳铝镇静钢的产品质量。

Description

一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法

技术领域

本发明涉及一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，属于冶金工业炼钢技术领域。

背景技术

低碳铝镇静钢中常见的夹杂物成分为Al₂O₃，占钢中夹杂物数量的90％以上，是影响钢水洁净度和最终产品质量的主要问题之一。由于Al₂O₃夹杂物与钢液的润湿角为135°，二者之间的界面能较大，客观上导致了Al₂O₃夹杂物与钢水润湿性差，在板坯连铸和钢水凝固过程中Al₂O₃有自发聚集倾向，一方面，容易引起连铸浸入式水口(SEN)结瘤，改变水口的内部尺寸，当钢水从SEN进入结晶器后，引发结晶器液面异常波动、流场紊乱甚至不可控，影响连铸生产的稳定顺行和铸坯质量；另一方面，当残留在钢中的Al₂O₃夹杂物聚集尺寸超过100μm时，这种大尺寸夹杂物将引发产品表面质量和内部缺陷，是不利的。

当前，控制Al₂O₃夹杂物危害的有效措施之一，就是采用RH真空处理的精炼方式。但是，RH精炼方式无法保证Al₂O₃夹杂物完全去除，极端条件下甚至仍有超过100μm的Al₂O₃夹杂物残留钢中。更重要的是，当前的RH精炼方法无法解决Al₂O₃夹杂物在钢水凝固过程中的聚集问题，由于Al₂O₃夹杂物与钢液润湿性差，这种聚集倾向是强烈的自发行为，其聚集程度不可控制，带来的质量隐患不能忽视。上述问题是炼钢行业普遍存在和面临的共性问题，长期以来尚未找到有效的低成本控制措施，需对当前的RH精炼方法进一步优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，该方法针对低碳铝镇静钢种，克服了Al₂O₃夹杂物自发聚集导致连铸过程浸入式水口结瘤问题，以及由此导致的结晶器流场不稳定问题，和凝固过程夹杂物自发聚集长大导致的铸坯质量问题。

本发明提供了一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其步骤包括：

S1：冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢，出钢1/5～2/5时，向钢水中加入脱氧剂；

S2：出钢1/5～2/5时，向钢水中加入小粒石灰；

S3：RH进站时，开启钢包底吹，底吹后测温、定氧，控制钢水进站温度在1615～1700℃，钢水中氧含量≤50ppm；避免吹氧加铝进行化学升温，化学升温导致大量的三氧化二铝生成，另外，钢水中较低的氧含量减少铝脱氧时三氧化二铝生成。

S4：RH精炼：依次按真空开始、调温、取样、测温定氧、合金化、加改质剂、测温、结束取样、测温、真空结束的工艺流程完成RH精炼过程；所述真空开始后10min内完成调温、合金化和加改质剂步骤；所述改质剂的成分包括：以质量百分比计，Ca 5-25％，Al 50-70％,Fe10-30％，且Mg、Si、Ti含量之和≤1％。合金中各元素含量Ca是有效元素，但是考虑到合金的制备、运输、存储、应用及其他元素对钢水质量的影响，确定为该成分体系。

本发明提供的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法通过在特定时机添加适量的夹杂物改质剂，实现了三氧化二铝夹杂表面变性或表面局部变性，改质剂组份是根据Al₂O₃夹杂表面覆盖物2Al₂O₃·CaO和6Al₂O₃·CaO的结构来确定的，配合RH精炼过程中的真空度控制和工艺调整，实现Al₂O₃夹杂表面最大程度变性，起到改善Al₂O₃夹杂表面润湿性的效果。

优选的，步骤S1所述脱氧剂的成分包括：以质量百分比计，Al 40-80％,Fe 20-60％。脱氧剂能够实现钢水中氧的脱除，使钢水氧含量达到后续工艺要求，同时影响到后续RH精炼步骤中调合金及改质剂组份配比选择。该成分脱氧剂可实现完全脱除钢中氧含量的目的。

更加优选的，步骤S1所述脱氧剂的添加量为：每100ppm氧含量的钢水对应添加50-100kg脱氧剂。目的是完全脱除钢中氧含量。

优选的，步骤S2所述小粒石灰的氧化钙含量为80-90％，粒度为10-30mm，活性度≥350ml/L。达到良好的改质效果，提高吸附夹杂物的能力，提高钢水洁净度。

更加优选的，步骤S2中，所述钢水氧含量≤650ppm的情况下，所述小粒石灰的添加量为2-3千克/吨钢水；所述钢水氧含量＞650ppm的情况下，所述小粒石灰的添加量在2-3千克/吨钢水的基础上对应增加添加量，氧含量相比于650ppm每增加100ppm，所述小粒石灰对应增加的添加量为1-2千克/吨钢水。本工艺中，小粒石灰的添加比例并非是常规固定值，而是随钢水氧含量的波动有所调整，小粒石灰的添加量也将影响到后续RH精炼步骤中改质剂组份配比选择。足够的渣量吸附钢水中的三氧化二铝夹杂物。

优选的，步骤S3所述底吹的气体流量为200-400Nl/min，底吹时间为1-3min。该条件下可有效促进夹杂物上浮。

优选的，步骤S4所述的改质剂的加入量为0.5-2千克/吨钢水。改善夹杂物润湿性。

更加优选的，步骤S4所述的改质剂的尺寸为10-50mm，所述改质剂的外形为块状、近似球状或近似半球状，该形貌的改质剂能够更加充分的与钢水接触作用，利于提高Al₂O₃夹杂表面改性效率。真空加入过程中，既不因粉粒被抽走，又能在钢水中充分熔化。

进一步优选的，步骤S4所述RH精炼过程中的真空度不高于5000Pa。达到充分循环，促进反应。

更进一步优选的，步骤S4所述合金化后2-4min内加改质剂，所述RH精炼过程中的真空时长≥15min。上述改质剂添加时机及真空时长能够保证改质剂与Al₂O₃夹杂的充分作用，实现Al₂O₃夹杂表面的完全覆盖改性，进一步改善Al₂O₃夹杂表面润湿性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过真空室Ca处理，控制夹杂物改质剂的成分、加入时机、加入量和加入方式，配合RH精炼过程中的真空度控制和工艺参数，实现了三氧化二铝夹杂表面完全覆盖或局部覆盖2Al₂O₃·CaO和6Al₂O₃·CaO，其变性形式为表面变性或表面局部变性。在不影响精炼工艺和周期的基础上，改善钢液中三氧化二铝夹杂的表面润湿性；有效缓解连铸过程的水口结瘤问题，避免由此导致的液面异常波动问题；有效缓解三氧化二铝夹杂在钢水凝固过程中的聚集问题，进而提高钢水洁净度，提高低碳铝镇静钢的产品质量。

2)控制RH精炼的真空度，可提高改质剂的收得率，减少改质剂导致的钢液污染问题，进一步提高钢水洁净度。

3)通过改善夹杂物表面润湿性，水口结瘤问题得到有效改善，节约浇次成本，且结晶器液位波动得到有效改善，液位波动坯比例下降，减少液位波动坯清理成本，在提高产品质量的同时明显降低了生产成本，具备良好的市场前景及应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明所述一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其步骤包括：

S1：采用电炉或转炉冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢，出钢1/5～2/5时，向钢水中加入脱氧剂。所述脱氧剂的成分为：以质量百分比计，Al 40-80％,Fe 20-60％，脱氧剂的添加量为：每100ppm氧含量的钢水对应添加50-100kg脱氧剂。

S2：出钢1/5～2/5时，加入氧化钙含量为80-90％的小粒石灰，小粒石灰的粒度控制在10-30mm，活性度≥350ml/L。按照出钢时钢中氧含量调整小粒石灰加入量。当氧含量≤650ppm时，石灰加入量按照(2～3)kg/吨钢；氧含量每增加100ppm，石灰加入量增加(1～2)kg/吨钢。

S3：RH进站时，开启钢包底吹1-3min，底吹气体流量为200-400Nl/min，底吹后测温、定氧，要求钢水进站温度在1615℃以上，钢水中氧含量≤50ppm。

S4：RH精炼：依次按真空开始、调温、取样、测温定氧、合金化、加改质剂、测温、结束取样、测温、真空结束的工艺流程完成RH精炼过程；所述真空开始后10min内完成调温、合金化和加改质剂步骤，所述合金化后2-4min内加改质剂。所述改质剂的成分为：以质量百分比计，Ca 5-25％，Al 50-70％,Fe10-30％，且Mg、Si、Ti含量之和≤1％，外形为块状、近似球状或近似半球状，尺寸为10-50mm，添加量为0.5-2kg/吨钢。RH精炼过程中的真空度不高于5000Pa。要求真空时间≥15min，纯循环时间≥6min。

实施例1

本实施例提供了一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其步骤包括：

1、采用电炉或转炉冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢。出钢1/5时，加入含铝量为40％、含铁量60％的脱氧剂，所述脱氧剂是以无机基质为主体的脱氧剂，脱氧剂按照钢中每100ppm的[O]加入70kg的脱氧剂的比例添加。

2、出钢2/5时，加入氧化钙含量为85％的小粒石灰，小粒石灰的粒度控制在10-30mm，活性度≥350ml/L。按照出钢时钢中氧含量调整石灰加入量。本实施例中，钢水氧含量≤650ppm，石灰加入量按照2.5kg/吨钢的比例添加。

3、RH进站时，开启钢包底吹2min，底吹气体流量为300Nl/min。

4、底吹后利开始测温、定氧。要求钢水进站温度控制在1615℃以上，钢中氧含量≤50ppm。本实施例中钢水进站温度控制在1620℃，钢中氧含量40-50ppm。

5、按照测温定氧、开始真空、调温、取样、测温定氧、合金化、加改质剂、测温、结束取样、测温、破空的工艺完成RH精炼过程。

6、所述改质剂的成分为：Ca：20.8％，Al：58.6％,Fe：19.7％，同时Mg％+Si％+Ti％≤1％。外形尺寸为块状、近似球状、半球状，尺寸为10-50mm，RH真空处理6min进行合金化，RH真空处理8min加入改质剂，同时RH真空度4800Pa。改质剂加入量为1kg/吨钢。

7、要求RH精炼过程真空时间≥15min，纯循环时间≥6min。RH精炼过程的其他操作与常规的RH精炼方法一致。

按以上工艺运行3个月，实际产生的效果及经济、社会效益如下：

本工艺通过改善夹杂物表面润湿性，水口结瘤问题得到有效改善，目前每月300个浇次，每个浇次能够节省1根浸入式水口，按每根水口1500元计算，则年效益为：12*300*1500＝540万元；

通过改善水口结瘤，结晶器液位波动也得到有效改善，液位波动坯比例由4％降至3％，液位波动坯需进行火焰清理，火焰清理成本为100元/吨钢，月产量78万吨，则年效益为：12*78*(4％-3％)*100＝936万元；

年效益总计为：540+936＝1476万元。

当前，钢铁企业的生存环境非常严峻。高价铁矿石、产能过剩、市场调控力度低等，使得大部分钢铁企业面临着亏损局面。在通过提高市场竞争力获得品牌效应、获得市场与效益的同时，本工艺能够提高产品质量，降低生产成本成，为钢企的发展提供了另一条路线。

对比例1

本对比例提供了一种RH精炼方法，该方法未进行低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的控制，为了与实施例1形成对比，其工艺参数基本保持一致，具体的，步骤包括：

1、采用电炉或转炉冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢。

2、出钢2/5时，加入氧化钙含量为85％的小粒石灰，小粒石灰的粒度控制在10-30mm，活性度≥350ml/L。本实施例中小粒石灰的添加量按常规量进行添加，并未根据钢水氧含量做出调整，为了形成与实施例1的对比，小粒石灰的添加量与实施例1相同。

3、RH进站时，开启钢包底吹2min，底吹气体流量为300Nl/min。

4、底吹后利开始测温、定氧。

5、按照测温定氧、开始真空、调温、取样、测温定氧、合金化、测温、结束取样、测温、破空的工艺完成RH精炼过程。

6、RH真空处理6min进行合金化，同时RH真空度与实施例1一致，为4800Pa。

7、要求RH精炼过程真空时间≥15min，纯循环时间≥6min。RH精炼过程的其他操作与常规的RH精炼方法一致。

按以上工艺运行，Al₂O₃存在自发聚集倾向，水口结瘤明显，结晶器液位波动坯比例为4～5％，且仍有超过100μm的Al₂O₃夹杂物残留钢中，工艺运行效果不理想。

实施例2

本实施例提供了一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其步骤包括：

1、采用电炉或转炉冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢。出钢2/5时，加入含铝量为50％、含铁量50％的脱氧剂，所述脱氧剂是以无机基质为主体的脱氧剂，脱氧剂按照钢中每100ppm的[O]加入90kg的脱氧剂的比例添加。

2、出钢2/5时，加入氧化钙含量为90％的小粒石灰，小粒石灰的粒度控制在10-30mm，活性度≥350ml/L。按照出钢时钢中氧含量调整石灰加入量。本实施例中，钢水氧含量为800ppm，大于650ppm，石灰加入量按照3+(800-650)/100＝4.5kg/吨钢的比例添加。

3、RH进站时，开启钢包底吹2min，底吹气体流量为400Nl/min。

4、底吹后利开始测温、定氧。要求钢水进站温度控制在1615℃以上，钢中氧含量≤50ppm。本实施例中钢水进站温度控制在1615℃，钢中氧含量30-40ppm。

5、按照测温定氧、开始真空、调温、取样、测温定氧、合金化、加改质剂、测温、结束取样、测温、破空的工艺完成RH精炼过程。

6、所述改质剂的成分为：Ca：12.3％，Al：61.9％,Fe：25.1％，同时Mg％+Si％+Ti％≤1％。外形尺寸为块状、近似球状、半球状，尺寸为10-50mm，RH真空处理7min进行合金化，RH真空处理10min加入改质剂，同时RH真空度5000Pa。改质剂加入量为1.8kg/吨钢。

7、要求RH精炼过程真空时间≥15min，纯循环时间≥6min。RH精炼过程的其他操作与常规的RH精炼方法一致。

按以上工艺运行，实际产生的效果与实施例1基本一致，水口结瘤问题得到有效改善，结晶器液位波动也得到有效改善。

实施例3

本实施例提供了一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其步骤包括：

1、采用电炉或转炉冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢。出钢2/5时，加入含铝量为75％、含铁量25％的脱氧剂，所述脱氧剂是以无机基质为主体的脱氧剂，脱氧剂按照钢中每100ppm的[O]加入55kg的脱氧剂的比例添加。

2、出钢2/5时，加入氧化钙含量为80％的小粒石灰，小粒石灰的粒度控制在10-30mm，活性度≥350ml/L。按照出钢时钢中氧含量调整石灰加入量。本实施例中，钢水氧含量为950ppm，大于650ppm，石灰加入量按照2+(950-650)/100＝5kg/吨钢的比例添加。

3、RH进站时，开启钢包底吹2min，底吹气体流量为400Nl/min。

4、底吹后利开始测温、定氧。要求钢水进站温度控制在1615℃以上，钢中氧含量≤50ppm。本实施例中钢水进站温度控制在1630℃，钢中氧含量40-50ppm。

5、按照测温定氧、开始真空、调温、取样、测温定氧、合金化、加改质剂、测温、结束取样、测温、破空的工艺完成RH精炼过程。

6、所述改质剂的成分为：Ca：23.1％，Al：64.8％,Fe：11.5％，同时Mg％+Si％+Ti％≤1％。外形尺寸为块状、近似球状、半球状，尺寸为10-50mm，RH真空处理7min进行合金化，RH真空处理10min加入改质剂，同时RH真空度5000Pa。改质剂加入量为2kg/吨钢。

7、要求RH精炼过程真空时间≥15min，纯循环时间≥6min。RH精炼过程的其他操作与常规的RH精炼方法一致。

按以上工艺运行，实际产生的效果与实施例1基本一致，水口结瘤问题得到有效改善，结晶器液位波动也得到有效改善。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其步骤包括：

S1：冶炼钢水，出钢过程采用镇静出钢，出钢1/5～2/5时，向钢水中加入脱氧剂；

S2：出钢1/5～2/5时，向钢水中加入小粒石灰；

S3：RH进站时，开启钢包底吹，底吹后测温、定氧，控制钢水进站温度在1615℃～1700℃，钢水中氧含量≤50ppm；

S4：RH精炼：依次按真空开始、调温、取样、测温定氧、合金化、加改质剂、测温、结束取样、测温、真空结束的工艺流程完成RH精炼过程；所述真空开始后10min内完成调温、合金化和加改质剂步骤；所述改质剂的成分包括：以质量百分比计，Ca 5-25％，Al 50-70％，Fe10-30％，且Mg、Si、Ti含量之和≤1％。

2.如权利要求1所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S1所述脱氧剂的成分包括：以质量百分比计，Al 40-80％,Fe 20-60％。

3.如权利要求2所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S1所述脱氧剂的添加量为：每100ppm氧含量的钢水对应添加50-100kg脱氧剂。

4.如权利要求1所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S2所述小粒石灰的氧化钙含量为80-90％，粒度为10-30mm，活性度≥350ml/L。

5.如权利要求4所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S2中，所述钢水氧含量≤650ppm的情况下，所述小粒石灰的添加量为2-3千克/吨钢水；所述钢水氧含量＞650ppm的情况下，所述小粒石灰的添加量在2-3千克/吨钢水的基础上对应增加添加量，钢水氧含量相比于650ppm每增加100ppm，所述小粒石灰对应增加的添加量为1-2千克/吨钢水。

6.如权利要求1所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S3所述底吹的气体流量为200-400Nl/min，底吹时间为1-3min。

7.如权利要求1-6任一项权利要求所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S4所述的改质剂的加入量为0.5-2千克/吨钢水。

8.如权利要求7所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S4所述的改质剂的尺寸为10-50mm，所述改质剂的外形为块状、近似球状或近似半球状。

9.如权利要求8所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S4所述RH精炼过程中的真空度不高于5000Pa。

10.如权利要求9所述的控制低碳铝镇静钢中夹杂物润湿性的RH精炼方法，其特征在于：步骤S4所述合金化后2-4min内加改质剂，所述RH精炼过程中的真空时长≥15min。