CN109943680B

CN109943680B - 一种超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法

Info

Publication number: CN109943680B
Application number: CN201711396906.XA
Authority: CN
Inventors: 张志明; 刘志龙; 刘金源; 万翔; 任世岗; 覃小峰; 周楠; 唐梦飞; 韦乾永; 敖永明
Original assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Current assignee: SGIS Songshan Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN109943680A

Abstract

本发明涉及一种超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法，连铸坯的化学成分质量分数为：C≤0.004%、Si≤0.006%、Mn≤0.06%、P≤0.010%、S≤0.010%、Al_t≤0.004%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述连铸坯的生产工艺路线为：铁水预处理脱硫—转炉冶炼—LF炉精炼—RH真空处理—连铸，通过控制转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理和连铸工艺技术参数，得到化学成分符合要求钢水，保证钢水的脱氧效果和流动性，采用小方坯连铸机浇注，得到表面和内部质量良好的钢坯。

Description

一种超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法。

背景技术

超低碳、低硅、低锰和低铝钢具有良好的导电和延展性能，轧制成线材后，经拉拔和镀铜制成金属复合材料，该复合材料具有钢的强度和韧性、铜的导电性能和高频特性，是通信及电子行业中所用全铜材料的换代产品。

超低碳、低硅、低锰和低铝钢炼钢难度大，一方面因钢水需采用RH真空炉通过吹氧把碳脱至很低的水平，脱碳后钢液溶解氧高，钢包顶渣氧化性强，需加大量的铝脱氧，产生许多高熔点三氧化二铝，而为了保证钢的导电性能，钢水不能钙处理导致三氧化二铝不能形成低熔点的铝酸钙上浮去除，导致钢水可浇性差，连铸过程容易产生水口结瘤； RH真空脱碳脱氧后一般还要求控制钢中总氧T.O在一定值以下，实际因检测T.O的制样和分析时间较长，作为过程参数难以做到；钢包顶渣改质常规方法是在脱RH真空处理脱钢水氧的同时加入渣面脱氧剂对顶渣进行改质，因在真空处理过程钢包渣面基本不动，且此时处于真空处理后期，顶渣表面一般情况下已结壳，加入的渣面脱氧剂难以与顶渣充分混合，改质效果差；另一方面，钢中要保证低的Al和Si含量，容易造成脱氧不良铸坯产生气泡。

中国专利申请201310401021.X公开了“一种导电用超低碳钢盘条及其生产方法”，其化学成分为：C：0.002~0.005%，Si：0.004~0.010%，Mn：0.05~0.15%，P≤0.015%，S≤0.010%，全氧0.0050~0.0080%，全铝≤0.0050%。炼钢生产方法为转炉冶炼出钢碳含量≤0.040%，钢水氧含量0.060%~0.070%；RH精炼一阶段自然脱碳5~8min；二阶段碳含量降到0.0030%以下，吹氧15~20min，采用低碳或无碳钢包冶炼；采用280mm×380mm大方坯连铸，中间包钢水过热度≤30℃，电磁搅拌电流≥400A，拉速0.5~0.7m/min。该专利申请只公开了一种导电用超低碳钢炼钢的脱碳方法，并没有提供所述导电用超低碳钢其它化学成分特别是全氧、全铝和钢水质量的控制方法。

综上所述，目前超低碳钢的连铸坯的生产存在冶炼过程中加大量的铝脱氧，使钢水的全氧、全铝控制困难，导致钢水可浇性差，连铸过程容易产生水口结瘤的问题；且由于钢水的Al和Si含量低，造成连铸过程中脱氧不良使铸坯产生气泡。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法。连铸坯的化学成分质量分数为：C≤0.004%、Si≤0.006%、Mn≤0.06%、P≤0.010%、S≤0.010%、Al_t≤0.004%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述连铸坯的生产方法包括冶炼和连铸，工艺路线为：铁水预处理脱硫—转炉冶炼—LF炉精炼—RH真空处理—连铸，通过控制转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理和连铸工艺技术参数，得到化学成分的符合要求钢水，保证钢水的脱氧效果和流动性，采用小方坯连铸机浇注，得到表面和内部质量良好的钢坯。

具体包括以下步骤：

步骤1:铁水和废钢准备：选用化学成分质量分数Mn≤0.35%，Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%的铁水，铁水预处理脱硫至S≤0.003%，扒渣后铁水亮面≥90%。选用化学成分质量分数S≤0.010%、Mn≤0.35%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%的优质废钢，废钢比按10%~15%控制；

步骤2:转炉冶炼：将优质废钢装入转炉后，兑入步骤1的脱硫铁水，顶吹氧气，底吹氩吹炼，供氧强度2.5~2.8Nm³/t·min，底吹供气强度0.04~0.08 Nm³/t·min。采用双渣法，加入石灰、轻烧白云石、萤石、烧结矿造渣料。控制出钢时炉内钢水C范围在0.03%~0.05%、Mn≤0.05%、S≤0.012%、P≤0.010%，钢水温度范围在1630℃~1660℃，并测定炉内钢水氧活度；

步骤3：转炉出钢：出钢过程根据炉内钢水定氧结果，按完全脱氧程度加铝或含铝脱氧剂脱氧，出钢三分之二时吨钢加入1.5~2kg石灰渣洗，采用挡渣操作，出钢后吨钢加入0.8~1kg助静剂；

步骤4：LF炉精炼：通电前吨钢加3~4kg石灰，强搅拌2~3分钟脱硫后通电升温，加石灰和合成渣造渣，间断性加铝粒扩散脱氧造还原性渣脱硫，精炼结束要求钢中S≤0.010%，钢水温度在1650℃~1660℃范围；

步骤5：RH真空处理：先抽真空自然脱碳5~6min，再根据钢中C含量吹氧强制脱碳，保证脱碳结束C≤0.002%，并控制真空度≤67Pa的时间≥10min。脱碳后测定钢水氧活度，加铝脱氧并真空环流时间6min以上，脱氧后钢水氧活度控制在0.0020%~0.0040%范围，破真空后加入一定量的含铝脱氧剂，弱搅拌使脱氧剂与顶渣充分混合，降低钢包顶渣中FeO含量至1%~3%，并软吹氩15min以上；

步骤6：方坯连铸。

进一步优选为：

所述步骤2中采用双渣法，一次倒渣时机为总吹氧量的30%~35%，钢水温度控制在1380℃~1440℃范围，炉渣碱度R控制在1.8~2.5范围，渣中FeO控制在8%~15%范围，倒渣率＞50%。

所述步骤3按完全脱氧方式出钢过程加入铝或铝铁脱氧，出钢后钢中Al_t要求在0.010%~0.020%范围。

所述步骤5 RH真空处理，当非连续处理本钢种时应先洗槽，洗槽钢水化学成分要求C≤0.08%、Si≤0.10%、Mn≤0.35%，并排空RH炉加料皮带上的残余合金。

所述步骤5降低钢包顶渣中FeO含量至1%~3%，因渣样制样和分析时间较长，过程控制不能等分析结果；根据经验，当渣中FeO为1%~3%时渣样表面颜色为黄、褐色，实际控制以渣样颜色作为判断依据。

所述步骤6连铸用断面尺寸不大于160mm×160mm的小方坯连铸机浇注，大包用长水口，中间包用整体式水口和无碳覆盖剂，结晶器采用低碳保护渣保护浇注。结晶器采用电磁搅拌，结晶器和二次冷却采用强冷模式。钢水液相线温度为1534℃，浇注温度控制在1554℃~1574℃，拉速在2.2~2.6m/min。

本发明的有益效果是：（1）转炉采用双渣法冶炼，并控制一次倒渣时钢水温度、炉渣碱度、渣中FeO含量和倒渣率，能够有效地去除钢中的P和降低Mn含量，为后续控制钢中的P和Mn含量提供有利条件。（2）本发明在脱RH真空脱碳加铝脱氧后，要求控制的是钢水氧活度，其范围在0.0020%~0.0040%，可在线检测和及时调整；钢包顶渣改质是在破真空后加入铝渣球，弱搅拌使铝渣球与顶渣充分混合，降低钢包顶渣中的FeO含量至1%~3%。上述方法既能保证钢成分超低碳、低硅、低锰和低铝的控制要求，同时又能保证钢水的脱氧效果稳定性和钢水的流动性：用小方坯连铸稳定浇注，防止铸坯产生气泡缺陷。

具体实施方式

以下对本发明的特征和具体实施方式进行描述，所举实例仅用于说明和解释本发明，并非用于限制本发明的范围。

本发明为保证得到超低碳、低硅、低锰和低铝钢，要求兑入转炉的铁水Mn≤0.35%，且需进行预处理脱硫至S≤0.003%；转炉采用双渣法脱磷和降低炉内钢水的Mn含量，要求转炉终点化学成分C范围在0.02%~0.05%、Mn≤0.06%、S≤0.012%。转炉出钢加铝或铝铁脱氧，采用挡渣操作，出钢后加入助净剂对渣进行改质。LF炉精炼通电升温，加石灰和合成渣造渣，加铝粒扩散脱氧造还原性渣，控制LF炉精炼结束S≤0.010%。RH真空处理先真空自然脱碳，再吹氧强制脱碳至C≤0.002%，脱碳后加铝脱氧，控制脱氧后氧活度在0.0020%~0.0040%范围，破真空后加入含铝脱氧剂，弱搅拌使脱氧剂与顶渣充分混合，降低钢包顶渣中FeO含量至1%~3%，软吹氩15min以上，加入无碳覆盖剂保温。采用断面尺寸不大于160mm×160mm的小方坯连铸机浇注，做好连铸保护浇注措施，防止钢水二次氧化，采用结晶器电磁搅拌改善铸坯内部质量，得到质量良好的铸坯。具体步骤和关键控制技术参数如下：

步骤1:铁水和废钢准备。选用化学成分质量分数Mn≤0.35%，Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%的铁水，铁水预处理脱硫至S≤0.003%，扒渣后铁水亮面≥90%。选用化学成分质量分数S≤0.010%、Mn≤0.35%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%的优质废钢，废钢比按10%~15%控制。

步骤2:转炉冶炼。将优质废钢装入转炉后，兑入步骤1的脱硫铁水，顶吹氧气，底吹氩吹炼，供氧强度2.5~2.8Nm³/t·min，底吹供气强度0.04~0.08 Nm³/t·min。采用双渣法，加入石灰、轻烧白云石、萤石、烧结矿造渣料。控制出钢时炉内钢水C在0.03%~0.05%范围、Mn≤0.05%、S≤0.012%、P≤0.010%，钢水温度范围在1630℃~1660℃，并测定炉内钢水氧活度。

所述采用双渣法，一次倒渣时机为总吹氧量的30%~35%，钢水温度控制在1380℃~1440℃范围，炉渣碱度R控制在1.8~2.5范围，渣中FeO控制在8%~15%范围，倒渣率＞50%。

步骤3：转炉出钢。出钢过程根据炉内钢水定氧结果，按完全脱氧程度加铝或含铝脱氧剂脱氧，出钢三分之二时吨钢加入1.5~2kg石灰渣洗，采用挡渣操作，出钢后吨钢加入0.8~1kg助静剂。

所述出钢过程按完全脱氧程度加铝或铝铁脱氧，出钢后钢中Al_t要求在0.010%~0.020%范围。

步骤4：LF炉精炼。通电前吨钢加3~4kg石灰，强搅拌2~3分钟脱硫后通电升温，加石灰和合成渣造渣，间断性加铝粒扩散脱氧造还原性渣脱硫，精炼结束要求钢中S≤0.010%，钢水温度在1650℃~1660℃范围。

步骤5：RH真空处理。先抽真空自然脱碳5~6min，再吹氧强制脱碳，保证脱碳结束C≤0.002%，并控制真空度≤67Pa的时间≥10min。脱碳后测定钢水氧活度，加铝脱氧并真空环流时间6min以上，脱氧后钢水氧活度要求控制在0.0020%~0.0040%范围，破真空后加入一定量的含铝脱氧剂，弱搅拌使脱氧剂与顶渣充分混合，降低钢包顶渣中FeO含量至1%~3%，并软吹氩15min以上。

所述RH真空处理，当非连续处理本钢种时应先洗槽，洗槽钢水化学成分质量分数要求C≤0.08%、Si≤0.10%、Mn≤0.35%，并排空RH炉加料皮带上的残余合金。

所述降低钢包顶渣中FeO含量至1%~3%，因渣样制样和分析时间较长，过程控制不能等分析结果；根据经验，当渣中FeO为1%~3%时，渣样表面颜色为黄、褐色，实际控制以渣样颜色作为判断依据。

步骤6：用断面尺寸不大于160mm×160mm的小方坯连铸机浇注，大包用长水口，中间包用整体式水口和无碳覆盖剂，结晶器采用低碳保护渣保护浇注。结晶器采用电磁搅拌，结晶器和二次冷却采用强冷模式。钢水液相线温度为1534℃，浇注温度控制在1554℃~1574℃，拉速在2.2~2.6m/min。

经此工艺技术制造的连铸坯化学成分质量分数为：C≤0.004%、Si≤0.006%、Mn≤0.06%、P≤0.010%、S≤0.010%、Al_t≤0.004%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%。

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的超低碳、低硅、低锰和低铝钢的生产方法。

铁水和废钢准备。铁水化学成分质量分数Mn 0.32%、Cu 0.012%、Cr 0.008%、Ni0.001%，铁水用喷吹颗粒镁方法预处理脱硫，脱硫后S为0.002%，扒渣后铁水亮面93%。选用SWRCH6A钢种连铸废坯和轧材剪切料，废钢化学成分质量分数满足S≤0.010%、Mn≤0.35%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%的要求。废钢重量为14.5t、铁水重量为125.8t。

转炉冶炼：将准备的废钢、铁水装入到120t转炉，吹炼前期，分批次加入石灰3000kg，轻烧白云石2500kg，萤石600kg，烧结矿2500kg；供氧流量19000Nm³/h，底吹供气强度300Nm³/h，吹氧390S后摇炉倒渣和测温，倒渣量约5吨，测得钢水温度为1420℃；继续吹氧、加渣料冶炼，吹炼过程底吹强度控制在420Nm³/h，吹氧累计950秒后倒炉测温取样，钢水成分质量分数C0.11%、Mn0.042%、S0.008%、P0.0048%，钢水温度为1563℃，再吹氧130S结束吹氧，终点钢水成分质量分数C0.047%、Mn0.026%、P0.006%、S0.007%，温度1657℃。

转炉出钢：出钢过程加入400Kg铝铁，出钢至80t时加入200kg石灰，出钢后在出钢位加入100kg助静剂。

转炉出钢后钢水化学成分质量分数为：C0.033%、Si0.006%、Mn0.03%、P0.0069%、S0.0087%、Al_t0.012%、Cu0.015%、Cr0.008%、Ni0.004%。

LF炉精炼：加石灰400kg，底吹强搅拌3分钟后通电升温，过程加200kg石灰和100kg合成渣，间断性加入85kg铝粒扩散脱氧，钢水精炼结束温度为1654℃。

经LF炉精炼得到的钢水化学成分质量分数为：C0.046%、Si0.005%、Mn0.044%、P0.007%、S0.009%、Al_t0.004%、Cu0.015%、Cr0.01%、Ni0.004%。

RH真空处理： 25min前，RH炉真空处理一炉化学成分质量分数C0.06%、Si0.02%、Mn0.25%的钢水，处理后排空加料皮带上的残余合金。钢水先自然脱碳5min，再吹160Nm³氧强制脱碳，在真空度达到67Pa后持续循环12min，碳脱至0.0015%，脱碳后测得钢水氧活度为0.0368%，加铝78kg脱氧环流时间6min后，测得钢水氧活度为0.0034%，RH破真空后渣面加入230kg含铝量为40%的铝渣球，弱搅拌3min，取渣样，软吹氩20min，RH处理结束温度为1598℃。渣样冷却后表面呈黄褐色，渣样检测结果FeO为2.1%。

经RH真空处理得到的钢水化学成分质量分数为：C0.002%、Si0.008%、Mn0.053%、P0.0078%、S0.0089%、Al_t0.003%、Cu0.015%、Cr0.018%、Ni0.004%。

方坯连铸：用160mm×160mm断面方坯连铸机浇注，采用大包下水口套长水口，中间包整体式水口保护浇注，用无碳覆盖剂和低碳保护渣，开启结晶器电磁搅拌，设定其频率为3Hz，电流为300A，浇注过程中间包钢水范围为1555℃~1570℃，拉速范围为2.4±0.2m/min。连铸得到无气泡的钢坯。

连铸坯化学成分质量分数为：C0.004%、Si0.005%、Mn0.057%、P0.007%、S0.0083%、Al_t0.002%、Cu0.015%、Cr0.018%、Ni0.004%。

实施例2

铁水和废钢准备。铁水化学成分质量分数Mn 0.31%、Cu 0.016%、Cr 0.008%、Ni0.002%，铁水用喷吹颗粒镁方法预处理脱硫，脱硫后S为0.002%，扒渣后铁水亮面92%。选用SWRCH6A钢种连铸废坯和轧材剪切料，废钢化学成分质量分数满足S≤0.010%、Mn≤0.35%、Cu≤0.02%、Cr≤0.02%、Ni≤0.02%的要求。废钢重量为14.8t、铁水重量为127.5t。

转炉冶炼：将准备的废钢、铁水装入到120t转炉，吹炼前期，分批次加入石灰2800kg，轻烧白云石2000kg，萤石600kg，烧结矿2000kg；供氧流量18500Nm³/h，底吹供气强度300Nm³/h，吹氧400S后停吹氧，摇炉倒渣和测温，倒渣量约5.5吨，测得钢水温度为1450℃；继续吹氧、加渣料冶炼，吹炼过程底吹强度控制在420Nm³/h，吹氧累计1510秒后倒炉测温取样，终点钢水成分质量分数C0.035%、Mn0.045%、P0.007%、S0.009%，温度为1649℃。

转炉出钢：出钢过程加入450Kg铝铁，出钢至80t时加入200kg石灰，出钢后在出钢位加入100kg助静剂。

转炉出钢后钢水化学成分质量分数为：C0.028%、Si0.005%、Mn0.039%、P0.008%、S0.011%、Al_t0.020%、Cu0.016%、Cr0.007%、Ni0.002%。

LF炉精炼：加石灰400kg，底吹强搅拌3分钟后通电升温，过程加300kg石灰和150kg合成渣，间断性加入铝粒，铝粒总加入量为100kg，钢水精炼结束温度为1654℃。

经LF炉精炼得到的钢水化学成分质量分数为：C0.055%、Si0.004%、Mn0.052%、P0.0085%、S0.009%、Al_t0.004%、Cu0.016%、Cr0.015%、Ni0.002%。

RH真空处理：RH炉连续处理本钢种，钢水先自然脱碳6min至真空度到267Pa，再吹170Nm³氧强制脱碳，在真空度达到67Pa后持续循环12min，碳脱至C0.0012%，脱碳后测得钢水氧活度为0.026%，加铝55kg脱氧环流时间6min后，测得钢水氧活度为0.0030%，RH破真空后渣面加入200kg含铝量为40%的铝渣球，弱搅拌3min，取渣样，软吹氩16min，RH处理结束温度为1596℃。渣样冷却后表面呈黄色，渣检测结果FeO为1.5%。

经RH真空处理得到的钢水化学成分质量分数为：C0.001%、Si0.005%、Mn0.05%、P0.009%、S0.0086%、Al_t0.004%、Cu0.019%、Cr0.018%、Ni0.002%。

方坯连铸：用160mm×160mm断面方坯连铸机浇注，采用大包下水口套长水口，中间包整体式水口保护浇注，用无碳覆盖剂和低碳保护渣，开启结晶器电磁搅拌装置，设定其频率为3Hz，电流为300A，浇注过程中间包钢水范围为1550℃~1568℃，拉速范围为2.4±0.2m/min。

连铸坯化学成分质量分数为：C0.002%、Si0.004%、Mn0.048%、P0.009%、S0.0083%、Al_t0.003%、Cu0.014%、Cr0.018%、Ni0.001%。

Claims

1.一种超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法，包括如下步骤：

步骤1:铁水和废钢准备：选用化学成分质量分数Mn≤0.35％，Cu≤0.02％、Cr≤0.02％、Ni≤0.02％的铁水，铁水预处理脱硫至S≤0.003％，扒渣后铁水亮面≥90％；选用化学成分质量分数S≤0.010％、Mn≤0.35％、Cu≤0.02％、Cr≤0.02％、Ni≤0.02％的优质废钢，废钢比按10％～15％控制；

步骤2:转炉冶炼：将优质废钢装入转炉后，兑入步骤1的脱硫铁水，顶吹氧气，底吹氩吹炼，供氧强度2.5～2.8Nm³/t·min，底吹供气强度0.04～0.08Nm³/t·min；采用双渣法，加入石灰、轻烧白云石、萤石、烧结矿造渣料；控制出钢时炉内钢水C范围在0.03％～0.05％、Mn≤0.05％、S≤0.012％、P≤0.010％，钢水温度范围在1630℃～1660℃，并测定炉内钢水氧活度，采用双渣法，一次倒渣时机为总吹氧量的30％～35％，钢水温度控制在1380℃～1440℃范围，炉渣碱度R控制在1.8～2.5范围，渣中FeO控制在8％～15％范围，倒渣率＞50％；

步骤3：转炉出钢：出钢过程根据炉内钢水定氧结果，按完全脱氧程度加铝或含铝脱氧剂脱氧，出钢三分之二时吨钢加入1.5～2kg石灰渣洗，采用挡渣操作，出钢后吨钢加入0.8～1kg助静剂，按完全脱氧方式出钢过程加入铝或铝铁脱氧，出钢后钢中Al_t要求在0.010％～0.020％范围；

步骤4：LF炉精炼：通电前吨钢加3～4kg石灰，强搅拌2～3分钟脱硫后通电升温，加石灰和合成渣造渣，间断性加铝粒扩散脱氧造还原性渣脱硫，精炼结束要求钢中S≤0.010％，钢水温度在1650℃～1660℃范围；

步骤5：RH真空处理：先抽真空自然脱碳5～6min，再根据钢中C含量吹氧强制脱碳，保证脱碳结束C≤0.002％，并控制真空度≤67Pa的时间≥10min；脱碳后测定钢水氧活度，加铝脱氧并真空环流时间6min以上，脱氧后钢水氧活度控制在0.0020％～0.0040％范围，破真空后加入一定量的含铝脱氧剂，弱搅拌使脱氧剂与顶渣充分混合，降低钢包顶渣中FeO含量至1％～3％，并软吹氩15min以上；

步骤6：方坯连铸，连铸用断面尺寸不大于160mm×160mm的小方坯连铸机浇注，大包用长水口，中间包用整体式水口和无碳覆盖剂，结晶器采用低碳保护渣保护浇注；结晶器采用电磁搅拌，结晶器和二次冷却采用强冷模式；钢水液相线温度为1534℃，浇注温度控制在1554℃～1574℃，拉速在2.2～2.6m/min。

2.一种如权利要求1所述的超低碳、低硅、低锰和低铝钢连铸坯的生产方法，其特征为：所述步骤5RH真空处理，当非连续处理本钢种时应先洗槽，洗槽钢水化学成分要求C≤0.08％、Si≤0.10％、Mn≤0.35％，并排空RH炉加料皮带上的残余合金。